Zarnani, Saman;El-Emam, Magdi M.;Bathurst, Richard J.
Geomechanics and Engineering
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v.3
no.4
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pp.291-321
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2011
The paper describes a simple numerical FLAC model that was developed to simulate the dynamic response of two instrumented reduced-scale model reinforced soil walls constructed on a 1-g shaking table. The models were 1 m high by 1.4 m wide by 2.4 m long and were constructed with a uniform size sand backfill, a polymeric geogrid reinforcement material with appropriately scaled stiffness, and a structural full-height rigid panel facing. The wall toe was constructed to simulate a perfectly hinged toe (i.e. toe allowed to rotate only) in one model and an idealized sliding toe (i.e. toe allowed to rotate and slide horizontally) in the other. Physical and numerical models were subjected to the same stepped amplitude sinusoidal base acceleration record. The material properties of the component materials (e.g. backfill and reinforcement) were determined from independent laboratory testing (reinforcement) and by back-fitting results of a numerical FLAC model for direct shear box testing to the corresponding physical test results. A simple elastic-plastic model with Mohr-Coulomb failure criterion for the sand was judged to give satisfactory agreement with measured wall results. The numerical results are also compared to closed-form solutions for reinforcement loads. In most cases predicted and closed-form solutions fall within the accuracy of measured loads based on ${\pm}1$ standard deviation applied to physical measurements. The paper summarizes important lessons learned and implications to the seismic design and performance of geosynthetic reinforced soil walls.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.15
no.2
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pp.281-291
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2002
This paper describes the minimum cost design of prestressed reinforced concrete (PRC) hem with rectangular section. The cost of construction as objective function which includes the costs of concrete, prestressing steel, non prestressing steel, and formwork is minimized. The design constraints include limits on the minimum deflection, flexural and shear strengths, in addition to ductility requirements, and upper-Lower bounds on design variables as stipulated by the specification. The optimization is carried out using the methods based on discretized continuum-type optimality criteria(DCOC). Based on Kuhn-Tucker necessary conditions, the optimality criteria are explicitly derived in terms of the design variables - effective depth, eccentricity of prestressing steel and non prestressing steel ratio. The prestressing profile is prescribed by parabolic functions. In this paper the effective depth is considered to be freely-varying and one uniform for the entire multispan beam respectively. Also the maximum eccentricity of prestressing force is considered in every span. In order to show the applicability and efficiency of the derived algorithm, several numerical examples of PRC continuous beams are solved.
This study aims at the improvement of sewing function through understandings of dynamic property about the sewing methods and the thread material selection in knitwear. The tensile strength and shear of KES-FB and the Instron were measured for the analysis of the mechanical properties. The knit cloth was structured In the plain stitch, $1\times1$ rib stitch and $2\times1$ rib stitch with the combination of wool and cotton. With regard to the sewing method, intralooping and interlacing were applied. For thread materials, polyester, cotton, wool and silk were used. Since silk has the lowest extension and similar values regardless of its construction in intralooping, it is available knit apparel with uniform elastic recoverv. It also has small shearing resistance. It can be used in apparel which needs big mobility, but it causes rutting problem. Therefore, it is suitable to use intralooping. When the same sewing yarn and textile are use, it can lower shearing resistance and extension in intralooping, Since wool needs a lot of extension energy and it can be cut, intralooping is more suitable than interlacing in sewing of wool. In interlacing using polyester, extension and shearing resistance are high. Therefore, it is suitable for knit sewing with high massing. Silk is not suitable for interlacing since it can be rut. Even though knit materials are different, the RT values of polyester and cotton are similar in same construction. Therefore, they can be substituted each other considering resilience after sewing.
A new type of pure torsional yielding damper made from steel pipe is proposed and introduced. The damper uses a special mechanism to apply force and therefore applies pure torsion in the damper. Uniform distribution of the shear stress caused by pure torsion resulting in widespread yielding along pipe and consequently dissipating a large amount of energy. The behavior of the damper is investigated analytically and the governing relations are derived. To examine the performance of the proposed damper, four types of the damper are experimentally tested. The results of the tests show the behavior of the system as stable and satisfactory. The behavior characteristics include initial stiffness, yielding load, yielding deformation, and dissipated energy in a cycle of hysteretic behavior. The tests results were compared with the numerical analysis and the derived analytical relations outputs. The comparison shows an acceptable and precise approximation by the analytical outputs for estimation of the proposed damper behavior. Therefore, the relations may be applied to design the braced frame system equipped by the pure torsional yielding damper. An analytical model based on analytical relationships was developed and verified. This model can be used to simulate cyclic behavior of the proposed damper in the dynamic analysis of the structures equipped with the proposed damper. A numerical study was conducted on the performance of an assumed frame with/without proposed damper. Dynamic analysis of the assumed frames for seven earthquake records demonstrate that, equipping moment-resisting frames with the proposed dampers decreases the maximum story drift of these frames with an average reduction of about 50%.
Shim, Chang Su;Kim, Hyun Ho;Ha, Tae Yul;Jeon, Seung Min
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.18
no.5
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pp.633-642
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2006
Serviceability design is required to control the cracking at the joint of precast decks with longitudinal prestress in continuous composite bridges. Details of twin-girder bridges are especially complex not only due to their main reinforcements and transverse prestresses for the design of long-span concrete slabs, but also due to the shear pockets for obtaining the composite action. This paper suggests the design guidelines for the magnitude of the effective prestress and for the selection of filling materials and their requirements that would allow for the use of precast decks for twin-girder continuous composite bridges. The necessary initial prestress was also evaluated through long-term behavior analysis. From the analysis, existing design examples were revised and their effectiveness was estimated. When a filling material with a bonding strength higher than the requirement is used in the region of a high negative moment, a uniform configuration of the longitudinal prestressing steels along thewhole span length of continuous composite bridges can be achieved, which would result in the simplification of the details and the reduction of the construction costs.
Environmental Sciences Bulletin of The Korean Environmental Sciences Society
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v.1
no.2
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pp.105-117
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1997
The formation mechanism of the vortex streets in the lee of the mountain is investigated by a three-dimensional numerical model. The model is based upon the hydrostatic Boussinesq equations in which the vertical turbulent momentum flux is estimated by a turbulence parameterization scheme, but the horizontal viscosity is assumed to be constant. The results show that Karman vortex streets can form even without surface friction in a constant ambient flow with uniform stratification. The vortex formation is related to breaking of the mountain wave, which depends on the Froude number (Fr). In the case of a three-dimensional bell-shaped mountain, the wave breaking occurs when Fr is less than about 0.8, while a Karman vortex forms when Fr is less than about 0.22. Vortex formation also depends on Reynolds number, which is estimated from the horizontal diffusivity. The vortex formation can be explained by the wave saturation theory given by Lindzen (1981) with some modification. Simulations in this study show that in the case of Karman vortex formation the momentum flux in the lower level is much larger than the saturated momentum flux whereas it is almost equal to the saturated momentum at the upper levels as expected from the saturation theory. As a result, large flux divergence is produced in the lower layer, the mean flow is decelerated behind the mountain, and the horizontal wind shear forms between unmodified ambient wind. The momentum exchange between the mean flow and the mountain wave is produced by the turbulence within a breaking wave. From the result, well developed vortices like Karman vortex can be formed. The results of the momentum budget calculated by the hydrostatic model are almost the same as nonhydrostatic results as long as horizontal scale of the mountain is 10 km. A well developed Karman vortex similar to the hydrostatic one was simulated in the nonhydrostatic case. Therefore, we conclude that the hydrostatic assumption is adequate to investigate the origin of the Karman vortex from the viewpoint of wave breaking.
Rigid body spring method (RBSM) is an effective tool to simulate the cracking process of structures, and has been successfully applied to investigate the behavior of reinforced concrete (RC) members. However, the theoretical researches and engineering applications of this method mainly focus on two-dimensional problems as yet, which greatly limits its applications in actual engineering projects. In this study, a three-dimensional (3-D) RBSM for RC structures is proposed. In the proposed model, concrete, reinforcing steels, and their interfaces are represented as discrete entities. Concrete is partitioned into a collection of rigid blocks and a uniform distribution of normal and tangential springs is defined along their boundaries to reflect its material properties. Reinforcement is modeled as a series of bar elements which can be freely positioned in the structural domain and irrespective of the mesh geometry of concrete. The bond-slip characteristics between reinforcing steel and concrete are also considered by introducing special linkage elements. The applicability and effectiveness of the proposed method is firstly confirmed by an elastic T-shape beam, and then it is applied to analyze the failure processes of a Z-type component under direct shear loading and a RC beam under two-point loading.
In this study, the strength of spatially reinforced composites (SRC) are predicted by using stiffness reduction for each structural element composed of a rod stiffness in each direction and a matrix stiffness proportional to its rod volume fraction. Maximum failure strain criteria is applied to rod failure, and modified Tsai-Wu failure criteria to matrix failure. The material properties composed of the tensile failure strain of a rod, the compressive failure strain of 3D SRC, the tensile and compressive strength of the 3D SRC in the $45^{\cir}$ rotated direction from a rod and the shear strength of the 3D SRC are measured to predict the SRC strength. The strength distributions of the 3D/4D SRC in rod and off-rod direction have the largest and the smallest values, respectively. A variable load step is selected to increase an efficiency of strength distribution calculation. Uniform load step is applied when a load history is needed. The results of compressive strength from analysis and experiment show the 18 % difference though the initial slop is coincident with each other.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.22
no.2
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pp.73-78
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2010
Wave energy is dissipated mainly by friction on the seabed until the waves reach the surf zone. Many researchers have investigated the mechanism of wave friction and the bottom shear stress induced by wave motion at a certain point is now well estimated by introducing the wave friction factor related to the near bed velocity given by linear wave theory. The variation of wave energy or wave height over a long distance can be, however, estimated by an iteration process when the propagation of waves is strongly influenced by bed friction. In the present study simple semi-theoretical equation has been developed to compute the variation of wave height for the condition of wave propagation on a constant beach slope. The ratio of wave height is determined by the product of shoalng factor and wave height friction factor (frictional wave energy dissipation factor). The wave height estimated by the new equation is compared with the wave height estimated by the solution of numerical integration for the condition that the waves propagate on a constant slope.
In-plane and out-of-plane free vibration analysis of Timoshenko curved beams is addressed based on the isogeometric method, and an effective scheme to avoid numerical locking in both of the two patterns is proposed in this paper. The isogeometric computational model takes into account the effects of shear deformation, rotary inertia and axis extensibility of curved beams, and is applicable for uniform circular beams, and more complicated variable curvature and cross-section beams as illustrated by numerical examples. Meanwhile, it is shown that, the $C^{p-1}$-continuous NURBS elements remarkably have higher accuracy than the finite elements with the same number of degrees of freedom. Nevertheless, for in-plane or out-of-plane vibration analysis of Timoshenko curved beams, the NURBS-based isogeometric method also exhibits locking effect to some extent. To eliminate numerical locking, the selective reduced one-point integration and $\bar{B}$ projection element based on stiffness ratio is devised to achieve locking free analysis for in-plane and out-of-plane models, respectively. The suggested integral schemes for moderately slender models obtain accurate results in both dominated and non-dominated regions of locking effect. Moreover, this strategy is effective for beam structures with different slenderness. Finally, the influence factors of structural parameters of curved beams on their natural frequency are scrutinized.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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