The behavior of laterally cyclic loaded piles is affected by the magnitude and number of cycles of cyclic lateral loads as well as loading method (1-way or 2-way loading). In this study, calibration chamber tests were carried out to investigate the effects of loading method of cyclic lateral loads on the behavior of piles driven into sand. Results of the chamber tests show that the permanent lateral displacement of 1-way cyclic loaded piles is developed in the same direction as the first loading, whereas that of 2-way cyclic loaded piles is developed in the reverse direction of the first loading. 1-way cyclic lateral loads cause a decrease of the ultimate lateral load capacity of piles, and 2-way cyclic lateral loads cause an increase of the ultimate lateral load capacity of piles. The change of ultimate lateral load capacity with loading method of cyclic lateral loads increases with increasing number of cycles. It is also observed that the 1-way cyclic loads generate greater maximum bending moment than 2-way cyclic loads for piles in cyclic loading step and generates smaller maximum bending moment for piles in the ultimate state. It can be attributed to the difference in compaction degree of the soil around the piles with loading method of cyclic lateral loads. In addition, it is founded that 1-way and 2-way cyclic lateral loads cause a decrease in the maximum bending moment of piles in the ultimate state compared with that of piles subjected to only monotonic loads.
Unlike structures installed on land, the structures installed on the offshore ground must consider long-term cyclic loads such as wave loads, wind loads and tidal loads at sea. Therefore, it is important to analyze the behavior of the ground subjected to long-term cyclic loads in order to design a structure installed on the ocean ground. In this paper, cyclic simple shear tests were performed to analyze the ground behavior for long-term cyclic loads according to the confining pressure, and a three-dimensional design failure curve was prepared that can easily check the failure characteristics according to the confining pressure. As a result of the analysis, it was confirmed that the position of the design failure curve is different depending on the confining pressure even under the same conditions of the cyclic shear stress ratio and the average shear stress ratio, and the number of cyclic loads reaching failure is affected by the confining pressure. From the created 3-D design failure curve under different confining pressure, the tendency and approximate value of the design failure curve according to the confining pressure can be estimated.
The extensive use of composite insulators for transmission lines can ultimately be justified only on long-term qualification tests. The actual load working on the insulator in the field is not static load but cyclic load. So in this paper, we discussed an examination of aging degradation by mechanical performance of composite insulators under static tension load and cyclic tension load. and also described useful approaches for analyzing their long term performance so as to develop reliable composite insulators. The static and cyclic tension load-time test data were examined by Weibull distribution for their capability of presuming long term performance. It was found that cyclic tension loads were more severe than static tension loads. The results also indicate that it may be relevant for an user to select composite insulators on basis of their performance under cyclic tension loads than static tension loads.
Chloride induced corrosion is a concern that governs the durability of concrete structures in marine environments, especially in tidal environments. During the service lives of concrete structures, internal cracks in the concrete cover may appear due to imposed loads, accelerating chloride penetration because of the simultaneous action of environmental and service structural loads. This paper investigated the effects of cyclic flexural loads on chloride diffusion characteristics of plain concretes, and proposed a model to predict the chloride penetration into plain concretes subjected to both tidal environments and different cyclic flexural load levels. Further, a new experiment was performed to verify the model. Results of the model using Finite Difference Method (FDM) showed that the durability of concretes in tidal environments was reduced as cyclic flexural load levels, SR, increased, and the modeling results fitted well with the experimental results.
Yang Wang;Mingxing Zhu;Guoliang Dai;Jiang Xu;Jinbiao Wu
Geomechanics and Engineering
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v.37
no.2
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pp.167-178
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2024
The natural frequency shift under cyclic environmental loads is a key issue in the design of monopile-based offshore wind power turbines because of their dynamic sensitivity. Existing evidence reveals that the natural frequency shift of the turbine system in sand is related to the varying foundation stiffness, which is caused by soil deformation around the monopile under cyclic loads. Therefore, it is an urgent need to investigate the effect of soil deformation on the system frequency. In the present paper, three generalized geometric models that can describe soil deformation under two-way cyclic loads are proposed. On this basis, the cycling-induced changes in soil parameters around the monopile are quantified. A theoretical approach considering three-spring foundation stiffness is employed to calculate the natural frequency during cycling. Further, a parametric study is conducted to describe and evaluate the frequency shift characteristics of the system under different conditions of sand relative density, pile slenderness ratio and pile-soil relative stiffness. The results indicate that the frequency shift trends are mainly affected by the pile-soil relative stiffness. Following the relevant conclusions, a design optimization is proposed to avoid resonance of the monopile-based wind turbines during their service life.
Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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v.16
no.1
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pp.1-10
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2020
This study proposed a simulated test method using ring specimen to evaluate the deformation and failure characteristics of pipe elbows under a large amplitude cyclic load. The validity of the test method was demonstrated by finite element (FE) analysis of pipe elbow and ring specimen under cyclic loads. The results showed that the proposed test method adequately simulates the distribution of circumferential strain at crown of pipe elbows where cracks occur under cyclic loads and presents the cyclic hardening behavior of pipe elbows. The parametric FE analysis showed that consistent simulated test results could be obtained when the test section of the ring specimen is longer than 1/2 of the inner diameter of the ring specimen and the radius of the inner loading jig is less than 1/4 of the inner diameter of the specimen.
Alvarado, Yezid A.;Torres, Benjamin;Buitrago, Manuel;Ruiz, Daniel M.;Torres, Sergio Y.;Alvarez, Ramon A.
Structural Engineering and Mechanics
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v.81
no.3
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pp.281-292
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2022
This study aimed to analyze the dynamic punching shear performance of slab-column joints under cyclic loads with the use of double-hooked end (5D) steel fibers. Structural systems such as slab-column joints are widely found in infrastructures. The susceptibility to collapse of such structures when submitted to seismic loads is highly dependent on the structural performance of the slab-column connections. For this reason, the punching capacity of reinforced concrete (RC) structures has been the subject of a great number of studies. Steel fibers are used to achieve a certain degree of ductility under seismic loads. In this context, 5D steel hooked fibers provide high levels of fiber anchoring, tensile strength and ductility. However, only limited research has been carried out on the performance under cyclic loads of concrete structural members containing steel fibers. This study covers this gap with experimental testing of five different full-scale subassemblies of RC slab-column joints: one without punching reinforcement, one with conventional punching reinforcement and three with 5D steel fibers. The subassemblies were tested under cyclic loading, which consisted of applying increasing lateral displacement cycles, such as in seismic situations, with a constant axial load on the column. This set of cycles was repeated for increasing axial loads on the column until failure. The results showed that 5D steel fiber subassemblies: i) had a greater capacity to dissipate energy, ii) improved punching shear strength and stiffness degradation under cyclic loads; and iii) increased cyclic loading capacity.
The pre-peak cyclic shear mechanism of two-order asperity degradation of rock joints in the direct shear tests with static constant normal loads (CNL) are investigated using experimental and numerical methods. The laboratory testing rock specimens contains the idealized and regular two-order triangular-shaped asperities, which represent the specific geometrical conditions of natural and irregular waviness and unevenness of rock joint surfaces, in the pre-peak cyclic shear tests. Three different shear failure patterns of two-order triangular-shaped rock joints can be found in the experiments at constant horizontal shear velocity and various static constant normal loads in the direct and pre-peak cyclic shear tests. The discrete element method is adopted to simulate the pre-peak shear failure behaviors of rock joints with two-order triangular-shaped asperities. The rock joint interfaces are simulated using a modified smooth joint model, where microscopic scale slip surfaces are applied at contacts between discrete particles in the upper and lower rock blocks. Comparing the discrete numerical results with the experimental results, the microscopic bond particle model parameters are calibrated. Effects of cyclic shear loading amplitude, static constant normal loads and initial waviness asperity angles on the pre-peak cyclic shear failure behaviors of triangular-shaped rock joints are also numerically investigated.
A suction bucket foundation has been considered to be a potential foundation type for offshore wind turbines. A suction bucket foundation is usually installed in soft soil, so the accumulated displacement of the foundation may occur under long-term cyclic loads. In this study, a series of 1-g model tests were performed to analyze the accumulated rotation of suction bucket foundations under long-term cyclic horizontal loads. The dry model ground was prepared to have two different soil densities by air-pluviation method. The model tests were performed varying the embedment depth of the suction bucket, the soil density, and the amplitude of cyclic load. A one-way horizontal cyclic load was applied over $10^4$ cycles. Test results showed that the accumulated rotation of the suction bucket foundation increased with the increase in the number of cycles and load magnitudes. Based on the model test results, a new equation was proposed to evaluate the accumulated rotation of the suction bucket foundations in dry sandy ground under long-term cyclic horizontal loads.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.10
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pp.2018-2025
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2002
It is well known that the strength and the fatigue life of welded steel components are affected extensively by welding residual stresses distributed around their weldments under not only monotonic but also cyclic loads. The externally applied loads are to be superimposed with the welding residual stresses, so that unexpected deformations and failures of the components might occur. These residual stresses are not kept constant, but relaxed or redistributed during in service. Under monotonic loads the relaxation takes place when the sum of external and welding residual stress exceeds locally the yield stress of material used. By the way, it is shown that under cyclic loads the welding residual stress is considerably relieved by the first or the early cycles of loads, and then gradually relaxed with increasing loading cycles. Although many investigations in this field have been carried out, the phenomenon and mechanism of the stress relaxation are still not clear, and there are few comprehensive models to predict amount of relaxed welding residual stress. In this study, the characteristics of the welding residual stress relaxation under monotonic and cyclic loads were investigated, and a model to predict quantitatively amount of welding residual stress relaxation was proposed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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