The parametric instability behaviour of a plate subjected to localized in-plane compressive or tensile periodic edge loading is studied, considering the effects of damping into the system. Different edge loading cases have been considered. Damping has been introduced in the form of proportional damping. Dynamic instability behaviour under compressive or tensile periodic edge loading shows that the instability regions are influenced by the load band width and its location on the edge. The effects of damping on the instability regions show that there is a critical value of dynamic load factor beyond which the plate becomes dynamically unstable. The critical dynamic load factor increases as damping increases. Damping generally reduces the widths of the instability regions.
Anchor channels are commonly used for façade, tunnel, and structural connections. These connections encounter various types of loadings during their service life, including high rate or impact loading. For anchor channels that are placed close and parallel to an edge and loaded in shear perpendicular to and towards the edge, the failure is often governed by concrete edge breakout. This study investigates the transverse shear behavior of the anchor channels under quasi-static and high rate loadings using a numerical approach (3D finite element analysis) utilizing a rate-sensitive microplane model for concrete as constitutive law. Following the validation of the numerical model against a test performed under quasi-static loading, the rate-sensitive static, and rate-sensitive dynamic analyses are performed for various displacement loading rates varying from moderately high to impact. The increment in resistance due to the high loading rate is evaluated using the dynamic increase factor (DIF). Furthermore, it is shown that the failure mode of the anchor channel changes from global concrete edge failure to local concrete crushing due to the activation of structural inertia at high displacement loading rates. The research outcomes could be valuable for application in various types of connection systems where a high rate of loading is expected.
In order to investigate the effect of the loading rate on the mechanical behavior of SRC shearwalls, we conducted the lateral loading tests on the 1/3 scale model shearwalls whose edge columns were reinforced by H-shaped steel. The specimens were subjected to the reversed cyclic lateral load under a variable axial load. The two types of loading rate, 0.01 cm/sec for the static loading and 1 cm/sec for the dynamic loading were adopted. The failure mode in all specimens was the sliding shear of the in-filled wall panel. The edge columns did not fail in shear. The initial lateral stiffness and lateral load carrying capacity of the shearwalls subjected to the dynamic loading were about 10% larger than those subjected to the static loading. The effects of the arrangement of the H-shaped steel on the lateral load carrying capacity and the lateral load-displacement hysteresis response were not significant.
Nam, Jeong-Hee;Kim, Woo Seok;Kim, Ki Hyun;Kim, Yeon Bok
International Journal of Highway Engineering
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v.17
no.6
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pp.37-45
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2015
PURPOSES : The purpose of this study is to validate the design criteria of the concrete modular road system, which is a new semi-bridge-type concept road, through a comparison of numerical analysis results and actual loading test results under static axial loads. METHODS : To design the semi-bridge-type modular road, both the bridge design code and the concrete structural design code were adopted. The standard truck load (KL-510) was applied as the major traffic vehicle for the design loading condition. The dimension of the modular slab was designed in consideration of self-weight, axial load, environmental load, and combined loads, with ultimate limit state coefficients. The ANSYS APDL (2010) program was used for case studies of center and edge loading, and the analysis results were compared with the actual mock-up test results. RESULTS : A full-scale mock-up test was successfully conducted. The maximum longitudinal steel strains were measured as about 35 and 83.5 micro-strain (within elastic range) at center and edge loading locations, respectively, under a 100 kN dual-wheel loading condition by accelerating pavement tester. CONCLUSIONS : Based on the results of the comparison between the numerical analysis and the full-scale test, the maximum converted stress range at the edge location is 32~51% of the required standard flexural strength under the two times over-weight loading condition. In the case of edge loading, the maximum converted stresses from the Westergaard equation, the ANSYS APDL analysis, and the mock-up test are 1.95, 1.7, and 2.3 times of that of the center loading case, respectively. The primary reason for this difference is related to the assumption of the boundary conditions of the vertical connection between the slab module and the crossbeam module. Even though more research is required to fully define the boundary conditions, the proposed design criteria for the concrete modular road finally seems to be reasonable.
The dynamic instability of doubly curved panels, subjected to non-uniform tensile in-plane harmonic edge loading $P(t)=P_s+P_d\;{\cos}{\Omega}t$ is investigated. The present work deals with the problem of the occurrence of combination resonances in contrast to simple resonances in parametrically excited doubly curved panels. Analytical expressions for the instability regions are obtained at ${\Omega}={\omega}_m+{\omega}_n$, (${\Omega}$ is the excitation frequency and ${\omega}_m$ and ${\omega}_n$ are the natural frequencies of the system) by using the method of multiple scales. It is shown that, besides the principal instability region at ${\Omega}=2{\omega}_1$, where ${\omega}_1$ is the fundamental frequency, other cases of ${\Omega}={\omega}_m+{\omega}_n$, related to other modes, can be of major importance and yield a significantly enlarged instability region. The effects of edge loading, curvature, damping and the static load factor on dynamic instability behavior of simply supported doubly curved panels are studied. The results show that under localized edge loading, combination resonance zones are as important as simple resonance zones. The effects of damping show that there is a finite critical value of the dynamic load factor for each instability region below which the curved panels cannot become dynamically unstable. This example of simultaneous excitation of two modes, each oscillating steadily at its own natural frequency, may be of considerable interest in vibration testing of actual structures.
The hygrothermal stresses in sandwich plate with composite faces due to through the thickness gradient temperature and (or) moisture content are investigated. The layer-wise theory is employed for formulation of the problem. The formulation is derived for sandwich plate with general layer stacking, subjected to uniform and non-uniform temperature and moisture content through the thickness of the plate. The governing equations are solved for free edge conditions and 3D stresses are investigated. The out of plane stresses are obtained by equilibrium equations of elasticity and by the constitutive law and the results for especial case are compared with the predictions of a 3D finite element solution in order to study the accuracy of results. The three-dimensional stresses especially the free edge effect on the distribution of the stresses is studied in various sandwich plates and the effect of uniform and non-uniform thermal and hygroscopic loading is investigated.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.2A
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pp.179-186
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2008
To analyzing the validity for using the stiffness ratio in evaluating edge stiffness effect of the composite girder bridges, modification factors are analyzed with changing girder spacing. The relation between stiffness ratio, loading type, girder spacing and modification factors is analyzed. From the results of comparing modification factors analyzed from the field loading test and the established design method with the modification factor analyzed from this study, it was concluded that evaluating the edge stiffness effect using stiffness ratio is possible.
Concrete pavements are subjected to traffic and environmental loadings. Repetitive type of such loading cause fatigue distress which leads to failure by forming cracks in pavement. Fatigue life of concrete pavement is calculated from the stress ratio (i.e. the ratio of applied flexural stress to the flexural strength of concrete). For the correct estimation of fatigue life, it is necessary to determine the maximum flexural tensile stress developed for practical loading conditions. Portland cement association PCA (1984) and Indian road congress IRC 58 (2015) has given charts and tables to determine maximum edge stresses for particular loading and subgrade conditions. It is difficult to determine maximum stresses for intermediate loading and subgrade conditions. The main purpose of this study is to simplify the analysis of rigid pavement without compromising the accuracy. Equations proposed for determination of maximum flexural tensile stress of pavement are verified by finite element analysis.
Choi, Yong Ju;Yi, Jong Won;Shin, Chul Ho;Lee, Hak Eun
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.18
no.1
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pp.81-91
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2006
The corrugated web is a plate that was manufactured with a corrugated shape. It is widely used in bridges, buildings, and culverts. A girder with a corrugated web can be crippled by local, in-plane compressive loads. Due to its high out-of-plane strength, however, a stiffener is usually not needed in trapezoidally corrugated plates, and the corrugated profile of the web can change the boundary condition of the edge load. Some researchers have studied the strength of the partial-edge loading of the trapezoidally corrugated web, but they have not considered the profile of corrugation in their studies. This paper investigates the influence of the corrugate profile. A parametric study was conducted on the shape parameter using the finite-element method. In this parametric study, the relationship between the corrugated shape and the partial-edge strength was also investigated by dividing the partial-edge strength into the web capacity and the flange capacity.
Park, Yong-Myung;Jeon, Myeong-Hui;Choi, Myung-Kuk;Kim, Cheol-Hwan;Kim, In-Gi
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.24
no.2
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pp.207-215
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2012
The 45-degree cone failure theory has been used in concrete anchor bolts design under shear loading, but the CCD (Concrete Capacity Design) method was adopted as a new design method since 2000. However, the method was allowed only for anchor diameters of less than 50mm because it is based on the experimental results of small size anchor bolts. Therefore, it is necessary to develop a rational concrete breakout capacity equation for medium-to-large size anchor bolts with large edge distance. In this study, shear tests on M56 cast-in-place single anchor bolt with edge distance of 350mm were performed using four test specimens. Based on the test results and findings of existing studies, a new equation for the breakout capacity of anchor bolts under shear loading with edge distance of up to 750mm was proposed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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