Shored Mechanically Stabilized Earth (SMSE) walls are types of soil retaining structures that increase soil stability under static and dynamic loads. The damage caused by an earthquake can be determined by evaluating the probabilistic seismic response of SMSE walls. This study aimed to assess the seismic performance of SMSE walls and provide fragility curves for evaluating failure levels. The generated fragility curves can help to improve the seismic performance of these walls through assessing and controlling variables like backfill surface settlement, lateral deformation of facing, and permanent relocation of the wall. A parametric study was performed based on a non-linear elastoplastic constitutive model known as the hardening soil model with small-strain stiffness, HSsmall. The analyses were conducted using PLAXIS 2D, a Finite Element Method (FEM) program, under plane-strain conditions to study the effect of the number of geogrid layers and the axial stiffness of geogrids on the performance of SMSE walls. In this study, three areas of damage (minor, moderate, and severe) were observed and, in all cases, the wall has not completely entered the stage of destruction. For the base model (Model A), at the highest ground acceleration coefficient (1 g), in the moderate damage state, the fragility probability was 76%. These values were 62%, and 54%, respectively, by increasing the number of geogrids (Model B) and increasing the geogrid stiffness (Model C). Meanwhile, the fragility values were 99%, 98%, and 97%, respectively in the case of minor damage. Notably, the probability of complete destruction was zero percent in all models.
Kim, Dal Sung;Kim, Dong Seong;Kim, Kee Dong;Ko, Man Gi
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.2A
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pp.233-242
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2008
This study presents a non-prismatic beam element for modeling the elastic and inelastic behavior of steel beams, which have the post-Northridge(cover plate) connections in steel moment frames that are subjected to earthquake ground motions. The elastic stiffness matrix for non-prismatric members with increased beam section (IBS) connection is in the closed-form. The plasticity model is of a discrete type and is composed of a series of nonlinear hinges connected by rigid links. The hardening rules can model the inelastic behavior for monotonic and random cyclic loading, and the effects of local buckling. Moreover the determination of yield surfaces, stiffness parameters, and hardening (or softening) rule parameters for IBS beam element were described. Analytical results of the IBS beam element show good correlation with test data and FEM results.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.3A
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pp.447-455
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2006
A general purpose of 4-node co-rotational resultant shell element is developed for the solution of nonlinear problems of reinforced concrete, steel and fiber-reinforced composite structures. The formulation of the geometrical stiffness presented here is defined on the mid-surface by using the second order kinematic relations and is efficient for analyzing thick plates and shells by incorporating bending moment and transverse shear resultant forces. The present element is free of shear locking behavior by using the ANS (Assumed Natural Strain) method such that the element performs very well as thin shells. Inelastic behaviour of concrete material is based on the plasticity with strain hardening and elasto-plastic fracture model. The plasticity of steel is based on Von-Mises Yield and Ivanov Yield criteria with strain hardening. The transverse shear stiffness of laminate composite is defined by an equilibrium approach instead of using the shear correction factor. The proposed formulation is computationally efficient and versitile for most civil engineering application and the test results showed good agreement.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.11
no.5
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pp.23-32
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2007
The goal of this study is to perform several bending tests on a shape memory alloy bar and to analyze the characteristics of the bending behavior. The other goal is to verify the seismic performance of an SMA bar bending application. Single and double bending tests were conducted with varying loading speeds and maximum displacement. The loading and the unloading stiffness were estimated from the force-displacement curves and the equivalent damping ratio of each test was also assessed. In single bending, the SMA bar showed the stiffness hardening after the displacement of 32 mm. It is assumed that this phenomenon is due to the stress-induced-martensite hardening. The increasing loading speed did not influence on the stiffness of the single bending SMA bar. The stiffness of the double bending bar is about 5 times of that of the single bending. This study introduced a seismic application of SMA bending bars as seismic restrainers for bridges and showed its practicality. SMA bars in bending are used for seismic restrainers in a three-span-simply-supported bridge. They showed the effectiveness to reduce the responses of the bridge and the applicability for a seismic restrainer. The significance of this study is to provide basic knowledge of SMA bending and its seismic applications.
In the construction of high-rise buildings, bent re-bars are manually straightened to connect slabs to core-walls, which are usually cast before floor structures. During cold bending and straightening of re-bars, plastic deformation causing work hardening, Bauschinger effect and aging hardening is unavoidable. Tensile tests of coldly bent and straightened re-bars were conducted with test parameters of grade, diameter, and bend radius of re-bars as well as age between bending and straightening. Test results showed that proportional limits were lower and strain hardening occurred without yield plateaus. Inside and outside of re-bars with compression and tension deformations, respectively, during bending showed lower yield points due to Bauschinger effect and no yield plateaus due to work hardening, respectively. When re-bar grade was higher, yield point became significantly lower where Grade 400 re-bars had yield strengths lower than specified yield strength of 400 MPa. Because the surface of re-bar has higher strength than the core of re-bar, Bauschinger effect was more obvious for higher-grade re-bars. When age between bending and straightening was greater, yield strength increased and elongation decreased (i.e. embrittlement occurs). Using measured data, stress-strain relationship for straightened re-bars was developed based on Ramberg-Osgood model, which can be used to evaluate stiffness of joints when straightened re-bars are applied.
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.7
no.5
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pp.27-35
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2007
This study presents a non -prismatic beam element for modeling the elastic and inelastic behavior of the steel beam, which has the post-Northridge connections in steel moment frames that are subjected to earthquake ground motions. The elastic stiffness matrix for non-prismatic members with reduced beam section (RES) connection is in the closed-form. The plasticity model is of a discrete type and is composed of a series of nonlinear hinges connected by rigid links. The hardening rules can model the inelastic behavior for monotonic and random cyclic loading, and the effects of local buckling. Verification and calibration of the model are presented in a companion paper.
In the current study, a rate-dependent crystal plasticity finite element method (CPFEM) was used to simulate flow stress behavior and texture evolution of a body-centered cubic (BCC) crystalline material during plastic deformation at room temperature. To account for crystallographic slip and rotation, a rate-dependent crystal constitutive law with a hardening model was incorporated into an in-house finite element program, CAMPform3D. Microstructural heterogeneity and anisotropy were handled by assigning a crystallographic orientation to each integration point of the element and determining the stiffness matrix of the individual crystal. Uniaxial tensile tests of single crystals with different crystallographic orientations were simulated to determine the material parameters in the hardening model. The texture evolution during four different deformation modes - uniaxial tension, uniaxial compression, channel die compression, and simple shear deformation - was investigated based on the comparison with experimental data available in the literature.
Kim, Yun-Yong;Lee, Bang-Yeon;Kwon, Seung-Hee;Kim, Jeong-Su
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.04a
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pp.917-920
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2008
ECC is a special kind of high performance cementititous composite which exhibits typically more than 2% tensile strain capacity by bridging microcracks at a crack section. Therefore, micromechanics should be adopted to obtain multiple cracking and strain hardening behavior. This paper propose a linear elastic analysis method to simulate the multiple cracking and strain hardening behavior of ECC. In an analysis, the stress-crack opening relation modified considering the orientation of fibers and the number of effective fibers is adopted. Furthermore, to account for uncertainty of materials and interface between materials, the randomness is assigned to the tensile strength(${\sigma}_{fci}$), elastic modulus($E_{ci}$), peak bridging stress(${\sigma}_{Bi}$) and crack opening at peak bridging stress(${\delta}_{Bi}$), initial stress at a crack section due to chemical bonding, (${\sigma}_{0i}$), and crack spacing(${\alpha}_cX_d$). Test results shows the number of cracking and stiffness of cracked section are important parameters and strain hardening behavior and maximum strain capacity can be simulated using the proposed method.
Rashiddel, Alireza;Hajihassani, Mohsen;Kharghani, Mehdi;Valizadeh, Hadi;Rahmannejad, Reza;Dias, Daniel
Geomechanics and Engineering
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v.29
no.4
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pp.471-486
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2022
The effect of segmental joints is one of main importance for the segmental lining design when tunnels are excavated by a mechanized process. In this paper, segmental tunnel linings are analyzed by two numerical methods, namely the Beam-Spring Method (BSM) and the Solid-Interface Method (SIM). For this purpose, the Tehran Subway Line 6 Tunnel is considered to be the reference case. Comprehensive 2D numerical simulations are performed considering the soil's calibrated plastic hardening model (PH). Also, an advanced 3D numerical model was used to obtain the stress relaxation value. The SIM numerical model is conducted to calculate the average rotational stiffness of the longitudinal joints considering the joints bending moment distribution and joints openings. Then, based on the BSM, a sensitivity analysis was performed to investigate the influence of the ground rigidity, depth to diameter ratios, slippage between the segment and ground, segment thickness, number of segments and pattern of joints. The findings indicate that when the longitudinal joints are flexible, the soil-segment interaction effect is significant. The joint rotational stiffness effect becomes remarkable with increasing the segment thickness, segment number, and tunnel depth. The pattern of longitudinal joints, in addition to the joint stiffness ratio and number of segments, also depends on the placement of longitudinal joints of the key segment in the tunnel crown (similar to patterns B and B').
The purpose of this study is to investigate the behavior and characteristics of rubber springs and calculate the compressive stiffness by performing dynamic compression tests of rubber springs. In order to carry out the dynamic compression test of rubber spring, total 9 rubber springs were tailored by calculating the shape factor of L80-D55, L90-D58, and L100-D60, and used for the experiments. Experiments were performed by controlling the compression according to the length of the rubber spring, and the compression was increased in the order of 5%, 10%, 15%, 20% and 25% of the strain. From the experimental results, the force-strain curves were obtained and it was confirmed that strength decrease and strength increase phenomenon occurred as the strain increased. In addition, it was confirmed that the decrease of stiffness and the increase of stiffness were clearly observed according to the size and diameter of the rubber spring, and the effective compression stiffness was estimated using the slope of the force-strain curve. By using the effective compressive stiffness, design values that can be used in actual design were presented.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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