A multi-layered orthotropic material with a center crack is subjected to an anti-plane shear loading. The problem is formulated as a mixed boundary value problem by using the Fourier integral transform method. This gives a Fredholm integral equation of the second kind. The integral equation is solved numerically and anti-plane shear stress intensity factors are analyzed in terms of the material orthotropy for each layer, number of layers, crack length to layer thickness and the order of the loading polynomial. Also, the case of monolithic and hybrid composites are investigated in terms of the local fiber volume fraction and the global fiber volume fraction.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.28
no.2
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pp.77-83
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2024
The design shear strength equations of RC shear walls have been developed based on their performance under in-plane (IP) loads, thereby failing to account for the potential performance degradation of shear strength when subjected to simultaneous out-of-plane (OOP) loading. Most of the previous experimental studies on RC walls have been conducted in one direction under quasi-static conditions, and due to the difficulty in experimental planning, there is a lack of research on cyclic loading and results under multi-axial loading conditions. During an earthquake, shear walls may yield earlier than their design strength or fail unexpectedly when subjected to multi-directional forces, deviating from their intended failure mode. In this paper, nonlinear analysis in finite element models was performed based on the results of cyclic loading experiments on reinforced concrete shear walls of auxiliary buildings. To investigate the reduction trend in IP shear capacity concerning the OOP load ratio, parametric analysis was conducted using the shear wall FEM. The analysis results showed that as the magnitude of the OOP load increased, the IP strength decreased, with a more significant effect observed as the size of the opening increased. Thus, the necessity to incorporate this strength reduction as a factor for the OOP load effect in the wall design strength equation should be discussed by performing various parametric studies.
Many laboratory experiments on crack propagation under uniaxial loading and biaxial loading have been conducted in the past using transparent materials such as resin, polymethyl methacrylate (PMMA), etc. However, propagation behaviors of three-dimensional (3D) cracks in rock or rock-like materials under tri-axial loading are often considerably different. In this study, a series of true tri-axial loading tests on the rock-like material with two semi-ellipse pre-existing cracks were performed in laboratory to investigate the acoustic emission (AE) characteristics and propagation characteristics of 3D crack groups influenced by intermediate principal stress. Compared with previous experiments under uniaxial loading and biaxial loading, the tests under true tri-axial loading showed that shear cracks, anti-wing cracks and secondary cracks were the main failure mechanisms, and the initiation and propagation of tensile cracks were limited. Shear cracks propagated in the direction parallel to pre-existing crack plane. With the increase of intermediate principal stress, the critical stress of crack initiation increased gradually, and secondary shear cracks may no longer coalesce in the rock bridge. Crack aperture decreased with the increase of intermediate principal stress, and the failure is dominated by shear fracturing. There are two stages of fracture development: stable propagation stage and unstable failure stage. The AE events occurred in a zone parallel to pre-existing crack plane, and the AE zone increased gradually with the increase of intermediate principal stress, eventually forming obvious shear rupture planes. This shows that shear cracks initiated and propagated in the pre-existing crack direction, forming a shear rupture plane inside the specimens. The paths of fracturing inside the specimens were observed using the Computerized Tomography (CT) scanning and reconstruction.
A steel shear wall with double-tapered links and in-plane reference was developed for assisting the assessment of the structural condition of a building after an earthquake while maintaining the original role of the wall as a passive damper device. The double-tapered link subjected to in-plane shear deformation is designed to deform torsionally after the onset of local buckling and works as an indicator of the maximum shear deformation sustained by the shear wall during an earthquake. This paper first examines the effectiveness of double-tapered links in the assessment of the structural condition under various types of loading. A design procedure using a baseline incremental two-cycle loading protocol is verified numerically and experimentally. Meanwhile, in-plane reference links are introduced to double-tapered links and greatly enhance objectivity in the inspection of notable torsional deformation with the naked eye. Finally, a double-layer system, which consists of a layer with double-tapered links and a layer with rectangular links made of low-yield-point steel, is tested to demonstrate the feasibility of realizing both structural condition assessment and enhanced energy dissipation.
Exact solutions for stresses, strains, displacements, and the stress concentration factors of a rectangular plate perforated by an arbitrarily located circular hole subjected to in-plane pure shear loading are investigated by two-dimensional theory of elasticity using the Airy stress function. The hoop stresses, strains, and displacements occurring at the edge of the circular hole are computed and plotted. Comparisons are made for the hoop stresses and the stress concentration factors from the present study and those from a rectangular plate with a circular hole under uni-axial and bi-axial uniform tensions and in-plane pure bending moments on two opposite edges.
This paper describes lab test results of artificial rock-like material samples having a plane joint. Cyclic shear tests were performed under different normal loads and different shear displacement amplitudes. For this purpose, multi-stage normal loading tests (30 kN, 60 kN, 90 kN, 180 kN, 360 kN and 480 kN) with cyclic excitation at frequency of 1.0 Hz and different shear displacement amplitudes (0.5 mm, 1.0 mm, 2.0 mm, 4.0 mm, 5.0 mm, and 8.0 mm) were conducted using the big shear box device GS-1000. Experimental results show, that shear forces increase with the increase of normal forces and quasi-static friction coefficient is larger than dynamic one. With the increase of normal loads, approaching the peak value of shear forces needs larger shear displacements. During each cycle the normal displacements increase and decrease (rotational behavior in every cycle). Peak angle of inclination increases with the increase of normal load. A phase shift between maximum shear displacement and maximum shear force is observed. The corresponding time shift decreases with increasing normal load and increases with increasing shear displacement amplitudes.
Parametric resonance of shear deformable composite skew plates subjected to non-uniform (parabolic) and linearly varying periodic edge loading is studied for different boundary conditions. The skew plate structural model is based on higher order shear deformation theory (HSDT), which accurately predicts the numerical results for thick skew plate. The total energy functional is derived for the skew plates from total potential energy and kinetic energy of the plate. The strain energy which is the part of total potential energy contains membrane energy, bending energy, additional bending energy due to additional change in curvature and shear energy due to shear deformation, respectively. The total energy functional is solved using Rayleigh-Ritz method in conjunction with boundary characteristics orthonormal polynomials (BCOPs) functions. The orthonormal polynomials are generated for unit square domain using Gram-Schmidt orthogonalization process. Bolotin method is followed to obtain the boundaries of parametric resonance region with higher order approximation. These boundaries are traced by the periodic solution of Mathieu-Hill equations with period T and 2T. Effect of various parameters like skew angle, span-to-thickness ratio, aspect ratio, boundary conditions, static load factor on parametric resonance of skew plate have been investigated. The investigation also includes influence of different types of linearly varying loading and parabolically varying bi-axial loading.
The steel plate reinforced concrete structure(SC structure) is suggested for the reasons of the saving of construction period, the saving of manpower and the advantage of quality control. The objective of this study is to evaluate basic structural behavior of SC structure under pure shear load, and shear with axial load condition and to suggest the method of in-plane pure shear loading. From the test results, structural behaviors of SC structure under pure shear load and shear with axial load were investigated the combination of validity of pure shear loading method by using 4 hinge frames was verified.
Ouch, Rithy;Ukritchon, Boonchai;Pipatpongsa, Thirapong;Khosravi, Mohammad Hossein
Geomechanics and Engineering
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v.12
no.6
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pp.1021-1046
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2017
The assessment of slope stability is an essential task in geotechnical engineering. In this paper, a three-dimensional (3D) finite element analysis (FEA) was employed to investigate the performance of different shear pin arrangements to increase the stability of a soil block resting on an inclined plane with a low-interface friction plane. In the numerical models, the soil block was modeled by volume elements with linear elastic perfectly plastic material in a drained condition, while the shear pins were modeled by volume elements with linear elastic material. Interface elements were used along the bedding plane (bedding interface element) and around the shear pins (shear pin interface element) to simulate the soil-structure interaction. Bedding interface elements were used to capture the shear sliding of the soil on the low-interface friction plane while shear pin interface elements were used to model the shear bonding of the soil around the pins. A failure analysis was performed by means of the gravity loading method. The results of the 3D FEA with the numerical models were compared to those with the physical models for all cases. The effects of the number of shear pins, the shear pin locations, the different shear pin arrangements, the thickness and the width of the soil block and the associated failure mechanisms were discussed.
In the present work, the ductile fracture behaviors of ultra-high strength steel sheets along the different loading directions are investigated under various loading paths. Three loading paths, i.e., in-plane shear, uniaxial tension, plane strain tension deformations, are considered, and the corresponding specimens are described. The experiments are conducted using the digital image correlation (DIC) system to analyze the strain at the onset of the fracture. The experimental results show that the loading path for each specimen sample is linear, and different values of the fracture strains for the loading direction from the plane strain tension are observed. The ductile fracture model of the modified Mohr-Coulomb (MMC) is constructed based on the experimental data and evaluated along the rolling direction and transverse direction under various loading paths.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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