Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2005.05a
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pp.195-198
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2005
To investigate the strengthening efficiency of the Near Surface Mounted Reinforcement (NSMR) technique analytically, a structural model for the finite element method (FEM) able to simulate accurately the experimental results was determined. Applying the finite element model, parametric analysis was performed considering the groove depth and spacing of CFRP laminates. Analytical study on the groove depth revealed the existence of a critical depth beyond which the increase of the ultimate load becomes imperceptible. Analytical results regard to the spacing of the CFRP laminates showed that comparatively smooth fluctuations of the ultimate load were produced by the variation of the spacing and the presence of an optimal spacing range for which relatively better strengthening efficiency can be obtained. Particularly, a spacing preventing the interference between adjacent CFRP laminates and the influence of the concrete cover at the edges as well as allowing the CFRP laminatesto behave independently was derived.
Ground improvement with use of geosynthetic products is globally accepted now. The present paper discusses the improvement in bearing capacity of square footing placed at surface of cohesionless soil reinforced with geocell. Mohr-Coulomb failure criterion has been used in the observations. To study effects of geocell with respect to planar geogrid, model tests were conducted on planar reinforcement also. A comparative study of unreinforced soil and soil reinforced with plane geogrid and geocell has also been made. Numerical analysis results obtained by PLaxis have been compared with those obtained from model tests and were found to be in good agreement. A parametric study revealed the role of length of reinforcement, spacing between layers, placement of reinforcement from top surface etc. on bearing capacity. A design example given in paper illustrates the savings in cost of construction of footing on reinforced sand. The study shows that there is improvement in bearing capacity with respect to unreinforced soil which is of the order of 86%. Similarly settlement reduction is 13.07% for single layer of geocell which for double layers of geocell is 693% and 86.48% respectively. The cost reduction in case of reinforced soil is 35% as compared to unreinforced soil.
Although a lot of experimental and analytical investigations have been carried out for steel bridge piers made of SS400 and SM490, the formulas available for SS400 and SM490 are not suitable for evaluating ultimate load and deformation capacities of steel bridge piers made of high strength steel (HSS) SM570. The effect of various parameters is investigated in this paper, including plate width-to-thickness ratio, column slenderness ratio and axial compression force ratio, on the ultimate load and deformation capacities of steel bridge box piers made of SM570 steel subjected to cyclic loading. The elasto-plastic behavior of the steel bridge piers under cyclic loads is simulated through plastic large deformation finite element analysis, in which a modified two-surface model (M2SM) including cyclic hardening is employed to trace the material nonlinearity. An extensive parametric study is conducted to study the influences of structural parameters on the ultimate load and deformation capacities. Based on these analytical investigations, new formulas for predicting ultimate load and deformation capacities of steel bridge piers made of SM570 are proposed. This study extends the ultimate load and deformation capacities evaluation of steel bridge piers from SS400, SM490 steels to SM570 steel, and provides some useful suggestions.
Park, Joong-Uen;Lee, Shin-Ku;Lim, Sung-Kwang;Bae, Joong-Myeon
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.33
no.1
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pp.60-68
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2009
The steam reformer for hydrogen production from methane is studied by a numerical method. Langmuir- Hinshelwood model is incorporated for catalytic surface reactions, and the pseudo-homogeneous model is used to take into account local equilibrium phenomena between a catalyst and bulk gas. Dominant chemical reactions are Steam Reforming (SR) reaction, Water-Gas Shift (WGS) reaction, and Direct Steam Reforming (DSR) reaction. The numerical results are validated with experimental results at the same operating conditions. Using the validated code, parametric study has been numerically performed in view of the steam reformer performance. As increasing a wall temperature, the fuel conversion increases due to the high heat transfer rate. When Steam to Carbon Ratio (SCR) increases, the concentration of carbon monoxide decreases since WGS reaction becomes more active. When increasing Gas Hourly Space Velocity (GHSV), the fuel conversion decreases due to the heat transfer limitation and the low residence time. The reactor shape effects are also investigated. The length and radius of cylindrical reactors are changed at the same catalyst volume. The longer steam reformer is, the better steam reformer performs. However, system energy efficiency decreases due to the large pressure drop.
Renewed interest in the long-term pile foundations has been driven by the increase in offshore wind turbine installation to generate renewable energy. A monopile subjected to repetitive loads experiences an evolution of displacements, pile rotation, and stress redistribution along the embedded portion of the pile. However, it is not fully understood how the embedded pile interacts with the surrounding soil elements based on different pile geometries. This study investigates the long-term soil response around offshore monopiles using finite element method. The semi-empirical numerical approach is adopted to account for the fundamental features of volumetric strain (terminal void ratio) and shear strain (shakedown and ratcheting), the strain accumulation rate, and stress obliquity. The model is tested with different strain boundary conditions and stress obliquity by relaxing four model parameters. The parametric study includes pile diameter, embedded length, and moment arm distance from the surface. Numerical results indicate that different pile geometries produce a distinct evolution of lateral displacement and stress. In particular, the repetitive lateral load increases the global lateral load resistance. Further analysis provides insight into the propagation of the shear localization from the pile tip to the ground surface.
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, Si-Uk;Joung, Bo-Ra;Kim, Chee-Kyeong;Lee, Si Eun
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.32
no.6
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pp.341-348
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2019
The purpose of this study is to model and analyze retractable large spatial structures by applying parametric modeling techniques. The modeling of wind loads in the analysis of typical structures including curved surfaces can be error-prone, and the processing time increases dramatically when there are many types of variables. However, the method based on StrAuto that was developed in previous research, facilitates the efficacious assignment of wind loads to structures and the rapid arrival of conclusions. As a result, it is possible to compare alternatives with various loads, including wind loads, to determine an optimal alternative much faster than the existing process. Further, it is almost impossible to directly input the wind load by calculating the area of an irregularly curved surface. However, the proposed method automatically assigns the wind load, which allows for automatic optimization in a structural analysis system. The approach was applied and optimized using several models, and the results are presented.
This paper numerically investigates the effects of a dip-slip fault (a normal or a reverse fault) movement on a segmental tunnel which transversely crosses either of this kind of faults. After calibration of the numerical model with results from literature of centrifuge physical tests, a parametric study is conducted to evaluate the effects of various parameters such as the granular soil properties, the fault dip angle, the segments thickness, and their connections stiffnesses on the tunnel performance. The results are presented and discussed in terms of the ground surface and tunnel displacements along the longitudinal axis for each case of faulting. The gradient of displacements and deformations of the tunnel cross section are also analyzed. It is shown that when the fault dip angle becomes greater, the tunnel and ground surface displacements are smaller, in the case of reverse faulting. For this type of fault offset, increasing the tunnel buried depth causes tunnel displacements as well as ground surface settlements to enhance which should be considered in the design.
Cantilever sheet pile walls having section thinner than masonry walls are generally adopted to retain moderate height of excavation. In practice, a surcharge in the form of strip load of finite width is generally present on the backfill. So, in the present study, influence of strip load on cantilever sheet pile walls is analyzed by varying the width of the strip load and distance from the cantilever sheet pile walls using finite difference based computer program in cohesionless soil modelled as Mohr-Coulomb model. The results of bending moment, earth pressure, deflection and settlement are presented in non-dimensional terms. A parametric study has been conducted for different friction angle of soil, embedded depth of sheet pile walls, different magnitudes and width of the strip load acting on the ground surface and at a depth below ground level. The result of present study is also validated with the available literature. From the results presented in this study, it can be inferred that optimum behavior of cantilever sheet pile walls is observed for strip load having width 2 m to 3 m on the ground surface. Further as the depth of strip load below the ground surface increases below the ground level to 0.75 times excavation height, the bending moment, settlement, net earth pressure and deflection decreases and then remains constant.
In the present study, two phase flows around a projectile vertically launched from an underwater platform have been numerically investigated by using a three dimensional multi-phase RANS flow solver based on pseudo-compressibility and a homogeneous mixture model on unstructured meshes. The relative motion between the platform and projectile was described by six degrees of freedom equations of motion with Euler angles and a chimera technique. The propulsive power of the projectile was modeled as the fluid force acting on the lower surface of the body by the compressed air emitted from the underwater platform. Various flow conditions were considered to analyze the fluid-dynamics motion parameters of the projectile. The water level of platform and the current speed around the projectile were the main parametric variables. The numerical calculations were conducted up to 0.75sec in physical time scale. The dynamics tendency of the projectile was almost identical with respect to the water level variation due to the constant buoyancy term. The moving speed of the projectile along the vertical axis inside the platform decreased when the current speed increased. This is because the inflow from outside of the platform impeded development of the compressed air emitted from the floor surface of the launch platform. As a result, the fluid force acting on the lower surface of the projectile decreased, and injection time of the projectile from the platform was delayed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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