The hybrid Finite-Discrete Element (FDEM) approach combines aspects of both finite elements and discrete elements with fracture mechanics principles, and therefore it is well suited for realistic simulation of quasi-brittle materials. Notwithstanding, in the literature its application for the analysis of concrete is rather limited. In this paper, the proprietary FDEM code ELFEN is used to model concrete specimens under uniaxial compression and indirect tension (Brazilian tests) of different sizes. The results show that phenomena such as size effect and influence of strain-rate are captured using this modeling technique. In addition, a preliminary model of a slab subjected to dynamic shear punching due to progressive collapse is presented. The resulting fracturing pattern of the impacted slab is similar to observations from actual collapse.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.11
no.6
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pp.23-32
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2007
This study developed an analytical model for predicting nonlinear behavior of PT flat plate frames having slab-column connections with and without slab bottom reinforcement passing through the column. The developed model can predict the failure sequence until punching failure occurs. For verifying the analytical model, the test results of PT flat plate slab-column connections were compared with the results of the analysis. Moreover, the results of static pushover test and shaking table test of 2 story PT flat plate frame were compared with analysis results. For evaluating seismic performance of PT flat plate frame, this study conducted nonlinear response history analysis of the 2 story PT flat plate frame with and without slab bottom reinforcement passing through the column under 1940 El Centro ground motion scaled to have pseudo spectral acceleration of 0.3, 0.5, and 0.7g at the fundamental period of the frame. This study observed that as ground motion is more intense, seismic demands for the frame having the connections without slab bottom reinforcement passing through the column are larger than those without slab bottom reinforcement.
Lim, Hyoung Jun;Choi, Ho-Il;Lee, Min-Jung;Yun, Gun Jin
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.34
no.1
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pp.51-58
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2021
In this paper, a multi-scale finite element (FE) modeling methodology for three-dimensional (3D) needle-punched (NP) C/SiC with a complex microstructure is presented. The variations of the material properties induced by the needle-punching process and complex geometrical features could pose challenges when estimating the material behavior. For considering these features of composites, a 3D microscopic FE approach is introduced based on micro-CT technology to produce a 3D high fidelity FE model. The image processing techniques of micro-CT are utilized to generate discrete-gray images and reconstruct the high fidelity model. Furthermore, a subcell modeling technique is developed for the 3D NP C/SiC based on the high fidelity FE model to expand to the macro-scale structural problem. A numerical homogenization approach under periodic boundary conditions (PBCs) is employed to estimate the equivalent behavior of the high fidelity model and effective properties of subcell components, considering geometry continuity effects. For verification, proposed models compare excellently with experimental results for the mechanical behavior of tensile, shear, and bending under static loading conditions.
Kang, Se Hyung;Kim, Taek Young;Oh, Man Jin;Kim, Ho Kyung
Journal of the Korean Society of Safety
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v.30
no.4
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pp.1-7
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2015
Self-piercing riveting (SPR) process is gaining popularity due to its many advantages. The SPR does not require a pre-drilled hole and has capability to join a wide range of similar or dissimilar materials and combinations of materials. This study investigated the fatigue strength of self-piercing rivet joint with aluminum alloy (Al-5052) and steel (SPCC) sheets. Static and fatigue tests on tensile-shear specimens were conducted. From the static strength aspect, the optimal punching force for the specimen with upper SPCC (U.S) sheet and lower aluminum alloy(L.A) sheets was 34 kN. During static test the specimens fractured in pull-out fracture mode due to influence of plastic deformation of joining area. There was a relationship between applied load amplitude $P_{amp}$ and number of cycles N ; $P_{amp}=19588N_f^{-0.211}$ and $P_{amp}=4885N_f^{-0.083}$ for U.S-L.A and U.A-L.S specimens, respectively. U.A-L.S fatigue specimens failed due to fretting crack initiation around the rivet neck between upper and lower sheets.
With the increasing usages of micropile, several researchers have been studying the bearing characteristics of micropile or micropile-raft system. But most cases of research were focused on the bearing capacity of micropile-raft system on sand layer. And it was not considered that the bearing capacity of micropile-raft system was affected by the failure mode of soil and pile installation conditions. Thereby this study conducted the numerical analysis to estimate the bearing capacity of micropile-raft system on sand or silt layer with different shear failure mode. It was found that the bearing capacity of micropile-raft system installed in positive or negative angle was larger than that of the system installed in vertical angle, in the case of the sand layer undergoing the general shear failure. In the case of silt layer undergoing the punching shear failure, the bearing capacity of micropile-raft system installed only in negative angle was larger than that installed in vertical or positive angle. And the bearing capacity of foundation system in positive angle was similar to the vertical micropile-raft system.
Flat plate structures under lateral load are susceptible to punching shear failure of the slab-column connection. To prevent such brittle failure, strength and ductility of the connection should be ensured. However, due to complexity in the behavior and difficulty in simulating the actual load and boundary conditions of the flat plate system, it is not easy to obtain reliable data regarding to the strength and ductility from the previous experimental studies. In the present study, a numerical study was performed for interior connections of continuous flat plate. For the purpose, a computer program for nonlinear FE analyses was developed, and the validity was verified by comparisons with the existing experimental results. Through the parametric studies, the variations of bending moment, shear, and torsional moment around the connection were investigated. Based on the findings of the numerical studies, the aspects which need to be improved in current design methods were discussed. The results of the present study will be used for developing a design method for the flat plate-column connection in the companion paper.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2004.03b
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pp.783-790
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2004
In this study, a newly modified soil nailing technology named as the PSN(pretensioned soil nailing) system, is developed to reduce both facing displacements and ground surface settlements in top-down excavation process as well as to increase the global stability. Up to now, the PSN system has been investigated mainly focusing on an establishment of the design procedure. In the present study, the analytical procedure and design technique are proposed to evaluate maximum pretension force and stability of the PSN system. Also proposed arc techniques to determine the required thickness of a shotcrete facing and to estimate probability of a failure against the punching shear. Based on the proposed procedure and technique, effects of the radius of a influence circle and dilatancy angle on the thickness of a shotcrete facing, bonded length and safety factors arc analyzed. In addition, effects of the reduction of deformations expected by pretensioning of the soil nails are examined in detail throughout an illustrative example and $FLAC^{2D}$ program analysis. And a numerical approach is further made to determine a postulated failure surface as well as a minimum safety factor of the proposed PSN system using the shear strength reduction technique with the $FLAC^{2D}$ program. Global minimum safety factors and local safety factors at various excavation stages computed in case of the PSN system arc analyzed throughout comparisons with the results expected in case of the general soil nailing system. The efficiency of the PSN system is also dealt with by analyzing the wall-facing deformations and the adjacent ground surface settlements.
Flat plate structures subjected to lateral load have less deformability than conventional moment frames, due to the brittle failure of plate-column connection. In the present study, parametric study using nonlinear finite element analysis was performed to investigate the deformability of flat plates. The numerical results show that as number of continuous spans increases, the deformability of flat plates considerably decreases. Therefore, existing experiments using sub-assemblages with 1 or 2 spans may overestimate the deformability of flat plates, and current design provisions based on the experiments may not be accurate in estimating the deformability. A design method estimating the deformability was developed on the basis of numerical results, and verified by comparison with existing experiment. In the proposed method, the effects of primary design parameters such as direct shear force, punching shear capacity, aspect ratio of connection, number of spans, and initial stiffness of plate can be considered.
Yanez-Palafox, Juan Antonio;Luevanos-Rojas, Arnulfo;Lopez-Chavarria, Sandra;Medina-Elizondo, Manuel
Steel and Composite Structures
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v.30
no.2
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pp.109-121
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2019
This paper presents the second part of the modeling for the strap combined footings, this part shows a mathematical model for design of strap combined footings subject to axial load and moments in two directions to each column considering the soil real pressure acting on the contact surface of the footing for one and/or two property lines of sides opposite restricted, the pressure is presented in terms of an axial load, moment around the axis "X" and moment around the axis "Y" to each column, and the methodology is developed using the principle that the derived of the moment is the shear force. The first part shows the optimal contact surface for the strap combined footings to obtain the most economical dimensioning on the soil (optimal area). The classic model considers an axial load and a moment around the axis "X" (transverse axis) applied to each column, i.e., the resultant force from the applied loads is located on the axis "Y" (longitudinal axis), and its position must match with the geometric center of the footing, and when the axial load and moments in two directions are presented, the maximum pressure and uniform applied throughout the contact surface of the footing is considered the same. A numerical example is presented to obtain the design of strap combined footings subject to an axial load and moments in two directions applied to each column. The mathematical approach suggested in this paper produces results that have a tangible accuracy for all problems and it can also be used for rectangular and T-shaped combined footings.
In this study, centrifuge model tests with 50 g gravitational condition were performed to evaluate the bearing capacity of very soft ground, improved by spreading geotextile and sand on the surface of ground, for the heavy machinery to be able to access. For undrained shear strength of ground model, prepared with the clay sampled from the field, being in the range of 3.1~11.7 kPa, bearing capacity tests were performed with the model footing and the loading system built to simulate the heavy machinery on the ground model treated with geotextile and sand. Test results were compared with theoretically and numerically evaluated ones. Test results about load-settlement curves showed that the bearing capacity increases with the increase of the undrained shear strength of ground. Punching shear or local shear failure was also observed. For a relatively low undrained shear strength of ground, settlement behavior is found to be crucial to evaluating the trafficability of machinery whereas bearing capacity becomes a dominant factor with the increase of undrained shear strength of ground. The method for assessing the bearing capacity of the ground related to trafficability of machinery is presented by acquiring the regression relationship between the contact pressure of machinery and settlements using load-settlement curves with the change of the undrained shear strength. Furthermore, results of numerical analyses about load-settlement relation are in relatively good agreement with those of centrifuge model test.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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