Kim, Yong-Hee;Park, Jong-Sup;Lee, Young-Ho;Oh, Min-Su
Journal of Korean Society of Steel Construction
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제22권2호
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pp.173-183
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2010
In this study, noncomposite and composite eco-arch structures with I-beams and precast concrete(PC) decks were investigated. Four finite-element models(a steel-girder model, a steel-girder-and-several-PC-panels model, a three-steel-girder model, and a three-steel-girder-and-several-PC-panels model) using a general finite-element program, ABAQUS, were reviewed to predict the strength of the noncomposite and composite arch structures. Based on the results of the finite- element analysis, the behaviors of the four models were investigated, and deflection and strain gauges for the experimental specimen consisting of three steel girders and several PC panels were set up to obtain the ultimate strength. The ultimate strength of the specimen was estimated to be 1,961kN. The ultimate strength was much larger than the 1,380-kN load calculated using AASHTO LRFD Bridge Design Specifications(2007). The noncomposite and composite arch bridges were found to have enough strength for safety.
Jang, Kyung Suk;Lim, Hyoung Jun;Hwang, Ji Hye;Shin, Jaeyoon;Yun, Gun Jin
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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제48권10호
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pp.773-782
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2020
The development of joint FE models for deep learning neural network (DLNN)-based hybrid FEA is presented. Material models of bolts and bearings in the front axle of tractor, showing complex behavior induced by various tightening conditions, were replaced with DLNN models. Bolts are modeled as one-dimensional Timoshenko beam elements with six degrees of freedom, and bearings as three-dimensional solid elements. Stress-strain data were extracted from all elements after finite element analysis subjected to various load conditions, and DLNN for bolts and bearing were trained with Tensorflow. The DLNN-based joint models were implemented in the ABAQUS user subroutines where stresses from the next increment are updated and the algorithmic tangent stiffness matrix is calculated. Generalization of the trained DLNN in the FE model was verified by subjecting it to a new loading condition. Finally, the DLNN-based FEA for the front axle of the tractor was conducted and the feasibility was verified by comparing with results of a static structural experiment of the actual tractor.
Park, Tae-Keon;Im, Jong-Chul;Yoo, Jae-Won;Kim, Chang-Young;Kang, Sang-Kyun;Lee, Woo-Je
Journal of the Korean Geotechnical Society
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제33권10호
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pp.33-47
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2017
A self-supported temporary excavation method called IER is normally applicable to excavation depth ranging from 6.0 m to 7.0 m though the method depends on ground condition and overburden load. Combining IER with another method is required in deeper excavation depth in order to maintain the structural stability of the IER. In this study, we performed model tests and 3D FE analysis to check the stability of the IER adopting soil nailing method, and to propose its effective installation method. The lateral displacement of the IER using soil nailing decreased by 92% of that of IER without soil nailing. Optimum design is possible for both economic feasibility and stability when interval spacing and length of soil nails is $1.5m(S_h){\times}0.75m(S_v)$ and 86% of excavation depth, respectively. Excavation depth using IER increases 1.71 times by adopting soil nailing in increment of lateral displacement of IER right before the last excavation stage.
Fixed connection is generally used for beam and column connections of concrete structures, but significant damages at the connection due to severe earthquakes have been reported. In order to reduce damages of the connection and improve seismic performance of the connection, several innovative connections have been suggested. One newly proposed connection type allows a rotation of the connection for applications in rotating or rocking beams, columns, and shear walls. Such structural elements would provide a nonlinear lateral force-displacement response since their contact depth developed during rotation is gradually reduced and the stress across the sections of the elements is non-linearly distributed around a contact area, which is called an elastic hinge region in the present study. The purpose of the present study is to define the elastic hinge region or length for the rocking columns, through investigating the cross-sectional stress distribution during their lateral behavior. Performing a finite element analysis (FEA), several parameters are considered including axial load levels (5% and 10% of nominal strength), different boundary conditions (confined-ends and cantilever types), and slenderness ratios (length/depth = 5, 7, 10). The FEA results showed that the elastic hinge length does not directly depend on the parameters considered, but it is governed by a contact depth only. The elastic hinge length started to develop after an opening state and increased non-linearly until a rocking point(pre-rocking). However, the length did not increase any more after the rocking point (post-rocking) and remained as a constant value. Half space model predicting the elastic hinge length is adapted and the results are compared with the numerical results.
KIEE International Transactions on Electrophysics and Applications
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제5C권3호
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pp.102-110
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2005
Piezoelectric transformers(PT) are expected to be small, thin and highly efficient, and which are attractive as a transformer with high power density for step down voltage. For these reasons, we have attempted to develop a step-down PT for the miniaturized adaptor. We propose a PT, operating in thickness extensional vibration mode for step-down voltage. This PT consists of a multi-layered construction in the thickness direction. In order to develop the step-down PT of 10 W class and turn ratio of 0.1 with high efficiency and miniaturization, the piezoelectric ceramics and PT designs are estimated with a variety of characteristics. The basic composition of piezoelectric ceramics consists of ternary yPb(Zr$_{x}$Ti$_{1-x}$)O$_{3}$-(1-y)Pb(Mn$_{1/3}$Nb1$_{1/3}$Sb$_{1/3}$)O$_{3}$. In the piezoelectric characteristics evaluations, at y=0.95 and x=0.505, the electromechanical coupling factor(K$_{p}$) is 58$\%$, piezoelectric strain constant(d$_{33}$) is 270 pC/N, mechanical quality factor(Qr$_{m}$) is 1520, permittivity($\varepsilon$/ 0) is 1500, and Curie temperature is 350 $^{\circ}C$. At y = 0.90 and x = 0.500, kp is 56$\%$, d33 is 250 pC/N, Q$_{m}$ is 1820, $\varepsilon$$_{33}$$^{T}$/$\varepsilon$$_{0}$ is 1120, and Curie temperature is 290 $^{\circ}C$. It shows the excellent properties at morphotropic phase boundary regions. PZT-PMNS ceramic may be available for high power piezoelectric devices such as PTs. The design of step-down PTs for adaptor proposes a multi-layer structure to overcome some structural defects of conventional PTs. In order to design PTs and analyze their performances, the finite element analysis and equivalent circuit analysis method are applied. The maximum peak of gain G as a first mode for thickness extensional vibration occurs near 0.85 MHz at load resistance of 10 .The peak of second mode at 1.7 MHz is 0.12 and the efficiency is 92$\%$.
The Journal of the Convergence on Culture Technology
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제9권3호
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pp.633-640
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2023
In this study, numerical analysis was performed based on field investigation to derive an appropriate reinforcement method by analyzing the displacement behavior characteristics of concrete blocks generated in the direct fixation track on the bridges of the serviced light rail transit. The track of this study was a direct fixation track on a sharp curved track, and the problem of movement of the concrete blocks installed on the bridge deck in the longitudinal and lateral directions occurred. In this study, based on the finite element model using 3D solid elements, the behavior of the direct fixation track that could be occurred under operating load conditions was analyzed. In addition, the reinforcement effect of various reinforcement methods was analyzed. As a result of analyzing the lateral displacement before and after reinforcement, it was analyzed that the maximum lateral displacement after reinforcement under the extreme lateral wheel loads significantly decreased to about 3% (about 0.1mm) compared to before reinforcement. In addition, as a result of examining the generated stress of the filling mortar, bridge decks, and reinforcing bar, it was analyzed that all of them secured a sufficient safety factor of 2.6 or higher, and the optimal conditions for the reinforcement method were derived. Therefore, it is judged that the number of anchoring reinforcements and symmetrical anchor placement reviewed in this study will be effective in controlling the occurrence of lateral displacement of concrete blocks and securing the structural integrity of bridges and concrete blocks.
As well known, dowel bars are used to transfer traffic load acting on one edge to another edge of concrete slab in concrete pavement system. The dowel bars widely used in South Korea are round shape steel bar and they shows satisfactory performance under bending stress which is developed by repetitive traffic loading and environment loading. However, they are not invulnerable to erosion that may be caused by moisture from masonry joint or bottom of the pavement system. Especially, the erosion could rapidly progress with saline to prevent frost of snow in winter time. The problem under this circumstance is that the erosion not only drops strength of the steel dower bar but also comes with volume expansion of the steel dowel bar which can reduce load transferring efficiency of the steel dowel bar. To avoid this erosion problem in reasonable expenses, dowers bars with various materials are being developed. Fiber reinforced plastic(FRP) dower that is presented in this paper is suggested as an alternative of the steel dowel bar and it shows competitive resistance against erosion and tensile stress. The FRP dowel bar is developed in tube shape and is filled with high strength no shrinkage. Several slab thickness designs with the FRP dowel bars are performed by evaluating bearing stress between the dowel bar and concrete slab. To calculated the bearing stresses, theoretical formulation and finite element method(FEM) are utilized with material properties measured from laboratory tests. The results show that both FRP tube dowel bars with diameters of 32mm and 40mm satisfy bearing stress requirement for dowel bars. Also, with consideration that lean concrete is typical material to support concrete slab in South Korea, which means low load transfer efficiency and, therefore, low bearing stress, the FRP tube dowel bar can be used as a replacement of round shape steel bar.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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제25권4호
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pp.305-330
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2023
Unlike NATM tunnels, Shield TBM tunnels have split linings. Therefore, the stress distribution of the lining is different even if the lining is under the same load. Representative methods for analyzing the stress generated in lining in Shield TBM tunnels include Non-joint Mode that does not consider connections and a 2-ring beam-spring model that considers ring-to-ring joints and segment connections. This study is an analysis method by Break-joint Mode. However, we do not consider the structural role of segment lining connections. The effectiveness of the modeling is verified by analyzing behavioral characteristics against vibration loads by modeling with segment connection interfaces to which vertical stiffness and shear stiffness, which are friction components, are applied. Unlike the Non-joint mode, where the greatest stress occurs on the crown for static loads such as earth pressure, the stress distribution caused by contact between segment lining and friction stiffness produced the smallest stress in the crown key segment where segment connections were concentrated. The stress distribution was clearly distinguished based on segment connections. The results of static analysis by earth pressure, etc., produced up to seven times the stress generated in Non-joint mode compared to the stress generated by Break-joint Mode. This result is consistent with the stress distribution pattern of the 2-ring beam-spring model. However, as for the stress value for the train vibration load, the stress of Break-joint Mode was greater than that of Non-joint mode. This is a different result from the static mechanics concept that a segment ring consisting of a combination of short members is integrated in the circumferential direction, resulting in a smaller stress than Non-joint mode with a relatively longer member length.
Ki, Jung Su;Rew, Woo Hyun;Kim, Sun Kon;Chun, Byung Sik
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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제32권6C호
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pp.249-257
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2012
The reinforced earth method is financially viable. Furthermore, it overcomes environmental limitations and is therefore employed in retaining walls, slopes, foundations, roads, embankments, and other structures. However, in some cases, reinforced retaining walls are not strong enough in the curved sections and can collapse. Such mishaps are believed to occur because of an unsatisfactory analysis of the curved sections of a reinforced retaining wall. Accordingly, with the aim of investigating the workability and structural safety of curved sections of various types, this study investigates the differences in the estimated horizontal displacements of curved sections of various types and subsequently uses this information to study and analyze preliminary data so that appropriate measures can be taken to resolve alignment issues. The results of an experiment reveal that when a load is applied to curved sections of both concave and convex types, the largest horizontal displacement occurs at the center of the section. In the concave form, the earth pressure force is directed inward, whereas in the convex form, this force is directed outward. As a result, the horizontal displacement in convex forms is larger than that in concave forms. Convex reinforced earth structures are subjected to earth pressures as well as lateral earth pressure, therefore horizontal displacements in convex curved sections is larger than that of concave curved sections.
Superelastic shape memory alloys (SMAs) are metallic materials that can automatically recover to their original condition without heat treatment only after the removal of the applied load. These smart materials have been wildly applied instead of steel materials to the place where large deformation is likely to concentrate. In spite of many advantages, superelastic SMA materials have been limited to use in the construction filed because there is lack of effort and research involved with the development of the material model, which is required to reproduce the behavior of superelastic SMA materials. Therefore, constitutive material models as well as algorithm codes are mainly treated in this study for the purpose of simulating their hysteretic behavior through numerical analyses. The simulated curves are compared and calibrated to the experimental test results with an aim to verify the adequacy of material modeling. Furthermore, structural analyses incorporating the material property of the superelastic SMAs are conducted on simple and cantilever beam models. It can be shown that constitutive material models presented herein are adequate to reliably predict the behavior of superelastic SMA materials under cyclic loadings.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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