Park, Duhee;Lee, Tae-Hyung;Kim, Hansup;Park, Jeong-Seon
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.18
no.2
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pp.119-128
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2016
In a performance-based design, the structural safety is estimated from pre-defined damage states and corresponding damage indices. Both damage states and damage indices are well defined for above-ground structures, but very limited studies have been performed on underground structures. In this study, we define the damage states and damage indices of a cut-and-cover box tunnel which is one of typical structures used in metro systems, under a seismic excitation from a series of inelastic frame analyses. Three damage states are defined in terms of the number of plastic hinges that develop within the structure. The damage index is defined as the ratio of the elastic moment to the yield moment. Through use of the proposed index, the inelastic behavior and failure mechanism of box tunnels can be simulated and predicted through elastic analysis. In addition, the damage indices are linked to free-field shear strains. Because the free-field shear strain can be easily calculated from a 1D site response analysis, the proposed method can be readily used in practice. Further studies are needed to determine the range of shear strains and associated uncertainties for various types of tunnels and site profiles. However, the inter-linked platform of damage state - damage index - shear wave velocity - shear strain provides a novel approach for estimating the inelastic response of tunnels, and can be widely used in practice for seismic designs.
Ni-base superalloys are used extensively in industry, both in aeroengines and land based turbines. About 60% by weight of most modern gas turbine engine structural components are made of Ni-base superalloys. To satisfy practical demands, the efficiency of gas turbine engines has been steadily and systematically increased by design modifications to handle higher turbine inlet or firing temperatures. However, the increase in operating temperatures has lead to a decrease in the life of components and increase in costs of replacement. Moreover, around 80% of the large frame size industrial/utility gas turbines operating in the world today were installed in the mid-sixties to early seventies and are now 25 to 30 years old. Consequently, there are greater opportunities now to repair and refurbish the older models. Basically, there are two major factors influencing the weldability of the cast alloys: strain-age cracking and liquation cracking. Susceptibility to strain-age cracking is due to the total Ti plus AI content of the alloy; Liquation cracking is due either to the presence of low melting constituents or constitutional liquation of constituents. Though Rene 41 superalloy has 4.5wt.% total Ti and Al content and falls just below the safe limit proposed by Prager et al., controlled grain size and special heat treatments are needed to obtain crack-free welds. Varying heat treatments and filler materials were used in a laboratory study, then the actual welding of service parts was carried out to verity the possibility of crack-tree weld of components fabricated from Rene 41 superalloy. The microstructural observations indicated that there were two kinds of carbides in the FCC matrix. MC carbides were located along the grain boundaries, while M$_{23}$C$_{6}$ carbide was located both inter and intra granularly. Two kinds of filler materials, Rene 41 and Hastelloy X were used to gas tungsten arc weld a patch into the sheet metal, along with varying pre-weld heat treatments. The microstructure, hardness and tensile tests were determined. The service distressed parts were categorized into three classes: with large cracks, with medium cracks and with small or no visible cracks. No significant difference in microstructure among the specimens was observed. Specimens were cut from the corner and the straight edge of the patch repair, away from the corner. The only cracks present were found to be associated with inadequate surface preparation to remove oxidation. Guidelines for oxide removal and the welding procedures developed in the research enabled crack-free welds to be produced.d.
In the previous experimental study, it is verified that the ultimate strain of concrete (${\varepsilon}$$_{cu}$=0.003) and coefficient of equivalent stress block (${\beta}$$_1$) can be used for the analysis of RC beams under biaxial and uniaxial bending moment. However, the characteristics of stress distribution of non rectangular compressed area in the RC columns are different to those of rectangular compressed area. The properties of compressive stress distribution of concrete have minor effect on the pure bending moment such as beams, but for the columns subjected to combined axial load and biaxial bending moment, the properties of compressive stress distribution are influencing factors. Nevertheless, in ACI 318-99 code, the design tables for columns subjected to axial loads with bidirectional eccentricities are based on the parameters recommended for rectangular stress block(RSB) of rectangular compressed areas. In this study the characteristics of stress distribution through both angle and depth of neutral axis are observed and formulated rationally. And the modified parameters of rectangular stress block(MRSB) for non rectangular compressed area is proposed. And the computer program using MRSB for the biaxial bending analysis of RC columns is developed and the results of MRSB are compared to RSB and experimental results respectively.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.19
no.4
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pp.567-576
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2017
In a performance-based design, the structural safety is estimated from pre- defined damage states and corresponding damage indices. Both damage states and damage indices are well defined for above-ground structures, but very limited studies have been performed on underground structures. In this study, we define the damage states and damage indices of a cut-and-cover box tunnel which is one of typical structures used in metro systems, under a seismic excitation from a series of inelastic frame analyses. Three damage states are defined in terms of the number of plastic hinges that develop within the structure. The damage index is defined as the ratio of the elastic moment to the yield moment. Through use of the proposed index, the inelastic behavior and failure mechanism of box tunnels can be simulated and predicted through elastic analysis. In addition, the damage indices are linked to free-field shear strains. Because the free-field shear strain can be easily calculated from a 1D site response analysis, the proposed method can be readily used in practice. Further studies are needed to determine the range of shear strains and associated uncertainties for various types of tunnels and site profiles. However, the inter-linked platform of damage state - damage index - shear wave velocity - shear strain provides a novel approach for estimating the inelastic response of tunnels, and can be widely used in practice for seismic designs.
Strain gauges attached on the Bourdon tube and load cell were used as the sensors for measuring the vacuum pressure in drying chamber and the weight loss of Shiitake mushrooms respectively. The vacuum drying system was interfaced further with the Bear II microcomputer. The interface devices used were built with such IC chips as MC 6821, ADC 0809, SN 74244 and SN 7424. The relationship between readings of vacuum gauge (P, mmHg) and digital outputs (D) from the microcomputer was represented by P =3.08 D-13.4875(r=0.9999). The weights of drying sample (W) were also related with the digital outputs (D) by W=0.4076 D-6.4762 (r=0.9999). During the vacuum drying of Shiitake mushrooms. the data on pressure and weight were recorded at regular intervals using an acquisition program on the microcomputer system. The Page model was fitted well to the drying data of Shiitake mushrooms. resulting in the following empirical equations : $(M-M_e)/(M_o-M_e)=\exp(-0.1569t^{1.0048})$ at 400 mm Hg up to 14 hours and $(M-M_e)/(M_o-M_e)=\exp(-0.1385_t^{1.2688})$ at 600 mm Hg up to 8 hours.
Li, Z.R.;Li, Z.C.;Dong, Z.F.;Huang, T.;Lu, Y.G.;Rong, J.L.;Wu, H.
Nuclear Engineering and Technology
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v.53
no.9
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pp.3068-3084
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2021
Investigations of large commercial aircraft impact effect on nuclear power plant (NPP) buildings have been drawing extensive attentions, particularly after the 9/11 event, and this paper aims to experimentally assess the damage and vibrations of NPP buildings subjected to aircraft crash. In present Part I, two shots of reduce-scaled model test of aircraft impacting on NPP building were carried out. Firstly, the 1:15 aircraft model (weighs 135 kg) and RC NPP model (weighs about 70 t) are designed and prepared. Then, based on the large rocket sled loading test platform, the aircraft models were accelerated to impact perpendicularly on the two sides of NPP model, i.e., containment and auxiliary buildings, with a velocity of about 170 m/s. The strain-time histories of rebars within the impact area and acceleration-time histories of each floor of NPP model are derived from the pre-arranged twenty-one strain gauges and twenty tri-axial accelerometers, and the whole impact processes were recorded by three high-speed cameras. The local penetration and perforation failure modes occurred respectively in the collision scenarios of containment and auxiliary buildings, and some suggestions for the NPP design are given. The maximum acceleration in the 1:15 scaled tests is 1785.73 g, and thus the corresponding maximum resultant acceleration in a prototype impact might be about 119 g, which poses a potential threat to the nuclear equipment. Furthermore, it was found that the nonlinear decrease of vibrations along the height was well reflected by the variations of both the maximum resultant vibrations and Cumulative Absolute Velocity (CAV). The present experimental work on the damage and dynamic responses of NPP structure under aircraft impact is firstly presented, which could provide a benchmark basis for further safety assessments of prototype NPP structure as well as inner systems and components against aircraft crash.
In this study, verification of the nonlinear effective stress analysis is performed for introducing performance based earthquake resistance design of port and harbor structures. Seismic response of gravitational caisson quay wall in numerical analysis is compared directly with dynamic centrifuge test results in prototype scale. Inside of the rigid box, model of the gravitational quay wall is placed above the saturated sand layer which can show the increase of excess pore water pressure. The model represents caisson quay wall with a height of 10 m, width of 6 m under centrifugal acceleration of 60 g. The numerical model is made in the same dimension with the prototype scale of the test in two dimensional plane strain condition. Byrne's liquefaction model is adopted together with a nonlinear constitutive model. Interface element is used for sliding and tensional separation between quay wall and the adjacent soils. Verification results show good agreement for permanent displacement of the quay wall, horizontal acceleration at quay wall and soil layer, and excess pore water pressure increment beneath the quay wall foundation.
The Reinforced subgrade for railroad (RSR) was constructed for one way railway line with the dimension of 5 m high, 6 m wide and 20 m long to evaluate its performance under train design load. The RSR has characteristics of short length (0.3-0.4 H) of reinforcement and rigid wall, 30 and 40 cm vertical spacing of reinforcement installation. To enhance economics and constructability, three kinds of connections (welding, hinge & bolt, bold wire) were also designed to realize the integration between rigid wall and reinforced subgrade. Two times of static loading tests were done on the full size railroad subgrade. The maximum applied pressure was 0.98 MPa (the maximum test load 5.88 MN), which corresponds to 19.6 times of the design load for railroad subgrade, 50 kPa. The performance on the RSR was evaluated with the safety on the failure, subgrade bearing capacity and settlement, horizontal displacement of wall, and reinforcement strain. Based on the full scale test, we confirmed that the RSR with the conditions of 0.35 H (35% of height) short reinforcement length, hinge & bolt type connection for integration between rigid wall and reinforced subgrade, and 40cm vertical spacing of reinforcement installment shows good performance under train design load.
Fatigue cracks of rib-to-deck (RD) joints have been frequently observed in the orthotropic steel decks (OSD) using conventional U-ribs (CU). Thickened edge U-rib (TEU) is proposed to enhance the fatigue strength of RD joints, and its effectiveness has been proved through fatigue tests. In-depth full-scale tests are further carried out to investigate both the fatigue strength and fractography of RD joints. Based on the test result, the mean fatigue strength of TEU specimens is 21% and 17% higher than that of CU specimens in terms of nominal and hot spot stress, respectively. Meanwhile, the development of fatigue cracks has been measured using the strain gauges installed along the welded joint. It is found that such the crack remains almost in semi-elliptical shape during the initiation and propagation. For the further application of TEUs, the design curve under the specific survival rate is required for the RD joints using TEUs. Since the fatigue strength of welded joints is highly scattered, the design curves derived by using the limited test data only are not reliable enough to be used as the reference. On this ground, an experiment-numerical hybrid approach is employed. Basing on the fatigue test, a probabilistic assessment model has been established to predict the fatigue strength of RD joints. In the model, the randomness in material properties, initial flaws and local geometries has been taken into consideration. The multiple-site initiation and coalescence of fatigue cracks are also considered to improve the accuracy. Validation of the model has been rigorously conducted using the test data. By extending the validated model, large-scale databases of fatigue life could be generated in a short period. Through the regression analysis on the generated database, design curves of the RD joint have been derived under the 95% survival rate. As the result, FAT 85 and FAT 110 curves with the power index m of 2.89 are recommended in the fatigue evaluation on the RD joint using TEUs in terms of nominal stress and hot spot stress respectively. Meanwhile, FAT 70 and FAT 90 curves with m of 2.92 are suggested in the evaluation on the RD joint using CUs in terms of nominal stress and hot spot stress, respectively.
Determination of design parameters of composite ground including colluvial soil layer is far difficult because the maximum particle size of such a soil is remarkably large and particle distribution may vary from area to area. The stress-strain behavior of colluvial soils is in fact dependent upon the engineering characteristics at the boundary between coarse and fine materials. However, strength parameters are in general determined based on the characteristics of fine material, which causes an underestimation of such parameters. In this study, strength parameters of colluvial soil are evaluated by means of BIMROCK model curve. In addition, limit equilibrium analysis is carried out to verify the rational shear strength evaluation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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