It is very important to evaluate the reliable deformational characteristics of soils not only in the analysis of geotechnical structures under working stress conditions as foundation in railroad or road system but also for the soil dynamic problems. Different testing techniques are likely to have different testing conditions as strain amplitude, stress level, loading frequency and number of loading cycles. The deformational characteristics of soils can be affected by these variables. In this paper, the effects on modulus of soils subjected to cyclic load were investigated. For the evaluation of deformational characteristics of soils subjected cyclic load, various testing such as TS, RC, TX, and FFRC tests were performed. It was shown that the modulus evaluated by various testing methods are comparable to each other fairly well when the effects of these factors were properly taken into account. For reliable evaluation, therefore, those effects on the modulus need to be considered, and measured values should be effectively adjusted to actual conditions where the soil is working.
The size of spread footings was found to be unnecessarily large from some actual engineering practices constructed in Taiwan, due to the strict design provisions related to footing uplift. According to the earlier design code in Taiwan, the footing uplift involving separation of footing from subsoil was permitted to be only up to one-half of the foundation base area, as the applied moment reaches the value of plastic moment capacity of the column. The reason for this provision was that rocking of spread footings was not a favorable mechanism. However, recent research has indicated that rocking itself may not be detrimental to seismic performance and, in fact, may act as a form of seismic isolation mechanism. In order to clarify the effects of the relative strength between column and foundation on the rocking behavior of a column, six circular reinforced concrete (RC) columns were designed and constructed and a series of rocking experiments were performed. During the tests, columns rested on a rubber pad to allow rocking to take place. Experimental variables included the dimensions of the footings, the strength and ductility capacity of the columns and the intensity of the applied earthquake. Experimental data for the six circular RC columns subjected to quasi-static and pseudo-dynamic loading are presented. Results of each cyclic loading test are compared against the benchmark test with fixed-base conditions. By comparing the experimental responses of the specimens with different design details, a key parameter of rocking behavior related to footing size and column strength is identified. For a properly designed column with the parameter higher than 1, the beneficial effects of rocking in reducing ductility and the strength demand of columns is verified.
본 연구는 화강암 풍화토가 반복하중을 받았을 때의 응력-변형거동을 고찰하기 위한 연구계획의 일환으로 앞서 발표한 동탄성계수 추정연구의 후속연구이다. 즉 우리나라 중부지역 4 개소에서 채취된 화강암 풍화토에 대하여 등방응력및 이방응력의 몇가지 구속응력상태하에서 여러가지 크기의 반복하중을 충분히 재하제하하여 그 영구변형이 최종평 균상태에 도달되었을 때의 강도와 변형거동을 측정 고찰하고, 이와같은 동하중시험의 결과를 정하 중시험의 결과로 부터 추정할 수 있는 관계식을 제안하였다.
The behavior of rocks and microcrack development due to fatigue stresses are investigated using cyclic loading tests and ultrasonic velocity measurements. Twenty six medium-grained granite samples from the Pochon area are selected for measurements. Ultrasonic velocities are measured for samples before fatigue test to characterize the pre-existing microcracks. Then, thirteen different cycles of loadings with 70% and 80% dynamic strength are applied to the samples. The ultrasonic velocities are measured again to compare velocities after applications of fatigue stress with those before applications of fatigue stress. The results show that most microcracks are developed along the direction parallel to the axis of loading and that the amount of microcracks increases, as loading levels and numbers of cycle increase.
Nasab, Mohammad Seddiq Eskandari;Chun, Seungho;Kim, Jinkoo
Steel and Composite Structures
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제43권2호
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pp.153-164
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2022
In this study, a series of cyclic loading tests were performed on viscoelastic dampers (VED) composed of viscoelastic polymer composite material and thin steel plates to observe the variation of the mechanical properties under different loading conditions. A mathematical model was developed based on the Kelvin-Voigt and Bouc-Wen models to formulate the nonlinear force-displacement relationship of the viscoelastic damper. The accuracy of the proposed mathematical model was verified using the data obtained from the tests. The mathematical model was applied to analyze a reinforced concrete framed structure retrofitted with viscoelastic dampers. Nonlinear dynamic analysis results showed that the average maximum inter-story drift ratios of the retrofitted structure met the target limit state after installing the VED. In addition, both the maximum and residual displacements were significantly reduced after the installation of the VED.
본 시험은 다양한 sine파형을 가진 인장 및 압축 하중 하에서 아스팔트 혼합물의 모듀율값 을 비교평가하기 위하여 수행되었다. 즉, 휴식시간을 가진 반복 인장 haversine 하중, 휴식시간을 가진 반복 압축 haversine 하중, 주기적 인장하중, 주기적 압축하중, 그리고 주기적 인장-압축 반복하중이라는 총 5개의 하중형태가 32, 50, 68, 86, $104^{\circ}F$ (0, 10, 20, 30, $40^{\circ}C$) 라는 5개의 온도하에서 평가되었다. 시험결과, 휴식시간을 가진 반복 haversine 하중으로 인한 아스팔트 콘크리트의 인장 및 압축 모듀율 값은 저온에서 유사한 값을 나타내었지만, 고온에서는 상이한 값을 보였다. 특히, 고온에서 압축 모듀율 값은 인장 모듀율 값보다 높은 수치를 보였다. 또한, 저온에서 일축 직접인장 시험으로부터 구한 모듀율 값은 간접 인장시험으로부터 구한 모듀율 값보다 높은 값을 나타내었다. 그러나, 고온에서는 서로 유사한 값을 보였다. 일반적으로, 휴식시간을 갖는 반복 haversine 하중을 이용하여 얻은 모듀율 값은 주기적 sine파형을 가진 하중으로부터 구한 모듀율 값보다 항상 낮은 값을 나타내었으며 그 두 가지 하중으로부터 구한 모듀율 값의 차이는 온도가 감소함에 따라 더욱 증가되었다.
To realise the full benefits of a self-centering seismic resilient system, the designer must ensure that the entire structure does indeed re-center following an earthquake. The idealised flag-shaped hysteresis response that is often used to define the cyclic behaviour of self-centering concrete systems seldom exists and the residual drift of a building subjected to an earthquake is dependent on the realistic cyclic hysteresis response as well as the dynamic loading history. Current methods that are used to ensure that re-centering is achieved during the design of self-centering concrete systems are presented, and a series of cyclic analyses are used to demonstrate the flaws in these current procedures, even when idealised hysteresis models were used. Furthermore, results are presented for 350 time-history analyses that were performed to investigate the expected residual drift of an example self-centering concrete wall system during an earthquake. Based upon the results of these time-history analyses it was concluded that due to dynamic shake-down the residual drifts at the conclusion of the ground motion were significantly less than the maximum possible residual drifts that were observed from the cyclic hysteresis response, and were below acceptable residual drift performance limits established for seismic resilient structures. To estimate the effect of the dynamic shakedown, a residual drift ratio was defined that can be implemented during the design process to ensure that residual drift performance targets are achieved for self-centering concrete wall systems.
The deformation behaviors under uniaxial compressive cyclic loading were investigated for fresh rocks and freeze-thaw cycled samples. The Pocheon granite which is one of the most popular building stone in Korea was selected for tests. 0.5 Hz and 50% of dynamic strength were used as test conditions for frequency and fatigue span, respectively. For freezethaw procedure, sample were frozen for 3 hours under the temperature of -2$0^{\circ}C$ and then followed 3 hours thawing under the temperature of +2$0^{\circ}C$. Twenty seven samples were used as untreated and seventy three for freeze-thaw samples. No failure occurred up to 15000 cycles at the stress level of 60% of dynamic strength, indicating that the lowest strees level for fatigue failure may be around 60% of dynamic strength. Permanent strain and damping capacity curves show that there were three stages when rock behaves like under creep. Young's moduli were increased and Possion's ratios were decreased with the increase of the number of cycles. Possion's ratios varied more rapidly than Young's moduli did with the increase of the number of cycles. This may represent that most microcracks developed by fatigue stress are parallel to the axis of loading. The deformation behavior of freeze-thaw cycled samples were almost the same as that of untreated samples. However, the result of freeze-thaw cycled samples showed lower regression constant, indicating that the physical durability of rock is much lowered because of cyclic temperature variation.
Sk. Tahmid Muhatashin Fuyad;Md Abdullah Al Bari;Md. Makfidunnabi;H.M. Zulqar Nain;Mehmet Emin Ozdemir;Murat Yaylaci
Structural Engineering and Mechanics
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제89권1호
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pp.23-31
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2024
Ratcheting is the cyclic buildup of inelastic strain on a structure resulting from a combination of primary and secondary cyclic stress. It can lead to excessive plastic deformation, incremental collapse, or fatigue. Ratcheting has been numerically investigated on a cantilever beam, considering the current study's primary and secondary bending loads. In addition, the effect of input frequency on the onset of ratcheting has been investigated. The non-linear dynamic elastic-plastic approach has been utilized. Analogous to Yamashita's bending-bending ratchet diagram, a non-dimensional ratchet diagram with a frequency effect is proposed. The result presents that the secondary stress values fall sequentially with the increase of primary stress values. Moreover, a displacement amplification factor graph is also established to explain the effect of frequency on ratchet occurrence conditions. In terms of frequency effect, it has been observed that the lower frequency (0.25 times the natural frequency) was more detrimental for ratchet occurrence conditions than the higher frequency (2 times the natural frequency) due to the effect of dynamic displacement. Finally, the effect of material modeling of ratcheting behavior on a beam is shown using different hardening coefficients of kinematic hardening material modeling.
Based on the equivalent uniform stress concept Presented by Seed and Idriss, sinusoidal cyclic loads which simplified earthquake loads have been applied in evaluating the liquefaction resistance strength experimentally. However, the liquefaction resistance strength of soil based on the equivalent uniform stress concept can not exactly reflect the dynamic characteristics of the irregular earthquake motion. The liquefaction assessment method which was invented by using the equivalent uniform stress concept is suitable for the severe earthquake region such as Japan or USA, so the proper method to Korea is needed. In this study, estimation of the resistance to liquefaction was conducted by applying real earthquake loading to the cyclic triaxial test. From the test results, the characteristics of the fine sand under moderate earthquake were analyzed and compared with the results under strong earthquakes. Typically real earthquake loads used in this study are divided into two types - impact type and vibration type. Furthermore, results of the liquefaction resistance strength based on the equivalent uniform stress concept and tile concept using real earthquake loading were compared.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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