The paper presents the analysis of two groups of piles subjected to lateral loads incorporating the non-linear behaviour of soil. The finite element method is adopted for carrying out the parametric study of the pile groups. The pile is idealized as a one dimensional beam element, the pile cap as two dimensional plate elements and the soil as non-linear elastic springs using the p-y curves developed by Georgiadis et al. (1992). Two groups of piles, embedded in a cohesive soil, involving two and three piles in series and parallel arrangement thereof are considered. The response of the pile groups is found to be significantly affected by the parameters such as the spacing between the piles, the number of piles in a group and the orientation of the lateral load. The non-linear response of the system is, further, compared with the one by Chore et al. (2012) obtained by the analysis of a system to the present one, except that the soil is assumed to be linear elastic. From the comparison, it is observed that the non-linearity of soil is found to increase the top displacement of the pile group in the range of 66.4%-145.6%, while decreasing the fixed moments in the range of 2% to 20% and the positive moments in the range of 54% to 57%.
Cao, Geng;Zhu, Ming X.;Gong, Wei M.;Wang, Xiao;Dai, Guo L.
Geomechanics and Engineering
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v.23
no.3
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pp.275-287
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2020
Rectangular barrettes have been increasingly used as foundations for many infrastructure projects, but the vertical vibration of a barrette has been rarely addressed theoretically. This paper presents an analysis method of dynamic response for a rectangular barrette subjected to a time-harmonic vertical force with the aid of a modified Vlasov foundation model in multilayered viscoelastic soil. The barrette-soil system is modeled as a continuum, the vertical continuous displacement model for the barrette and soil is proposed. The governing equations of the barrette-soil system and the boundary conditions are obtained and the vertical shaft resistance of barrette is established by employing Hamilton's principle for the system and thin layer element, respectively. The physical meaning of the governing equations and shaft resistance is interpreted. The iterative solution algorithm flow is proposed to obtain the dynamic response of barrette. Good agreement of the analysis and comparison confirms the correctness of the present solution. A parametric study is further used to demonstrate the effects of cross section aspect ratio of barrettes, depth of soil column, and module ratio of substratum to the upper soil layers on the complex barrette-head stiffness and the resistance stiffness.
Lee, Jin Ho;Bae, Kyung Tae;Jin, Byeong Moo;Kim, Jae Kwan
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.17
no.6
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pp.257-269
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2013
In this study, the capability of an existing analysis method for the fluid-structure-soil interaction of an offshore wind turbine is expanded to account for the geometric nonlinearity and sea water drag force. The geometric stiffness is derived to take care of the large displacement due to the deformation of the tower structure and the rotation of the footing foundation utilizing linearized stability analysis theory. Linearizing the term in Morison's equation concerning the drag force, its effects are considered. The developed analysis method is applied to the earthquake response analysis of a 5 MW offshore wind turbine. Parameters which can influence dynamic behaviors of the system are identified and their significance are examined.
The effect of soil foundation plays active role in optimum design of steel space frames when included. However, its influence on design can be calculated after a long iterative procedure. So it requires longer computer time and more computational effort if it is done properly. The main purpose of this study is to investigate how these effects can be calculated in more practical way in a shorter time. The effects of semi-rigid column bases are taken into account in optimum design of steel space frames. This study is carried out by using JAYA algorithm which is a novel and practical method based on a single revision equation. The displacement, stress and geometric size constraints are considered in the optimum design. A computer program is coded in MATLAB to achieve corporation with SAP2000-OAPI (Open Application Programming Interface) for optimum solutions. Four different steel space frames including soil structure interaction taken from literature are investigated according to different semi-rigidly supported models depending on different rotational stiffness values. And the results obtained from analyses are compared with the results available in reference studies. The results of the study show that semi-rigidly supported systems in the range of appropriate rotational stiffness values offer practical solutions in a very short time. And close agreement is obtained with the studies on optimum design of steel space frames including soil effect underneath.
Rahman, Mohammad S.;Islam, Mohammad S.;Do, Jeongyun;Kim, Dookie
Structural Engineering and Mechanics
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v.63
no.3
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pp.303-315
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2017
This paper presents a review on getting a Weighted Multi-Objective Optimization (WMO) of Tuned Mass Damper (TMD) parameters based on Response Surface Methodology (RSM) coupled central composite design and Weighted Desirability Function (WDF) to attenuate the earthquake vibration of a jacket supported Offshore Wind Turbine (OWT). To optimize the parameters (stiffness and damping coefficient) of damper, the frequency ratio and damping ratio were considered as a design variable and the top displacement and frequency response were considered as objective functions. The optimization has been carried out under only El Centro earthquake results and after obtained the optimal parameters, more two earthquakes (California and Northridge) has been performed to investigate the performance of optimal damper. The obtained results also compared with the different conventional TMD's designed by Den Hartog's, Sadek et al.'s and Warburton's method. From the results, it was found that the optimal TMD based on RSM shows better response than the conventional damper. It is concluded that the proposed response model offers an efficient approach regarding the TMD optimization.
Air foil bearing supports the rotating journal using hydrodynamic force generated at thin air film. The bearing performances, stiffness, damping coefficient and load capacity, depend on the rotating speed and the performance of the elastic foundation, bump foil. The main focus of this study is to decide the dynamic performance of corrugated bump foil, structural stiffness and Coulomb damping caused by friction between bump foil and top foil/bump foil and housing. Structural stiffness is determined by the bump shape (bump height, pitch and bump thickness), dry-friction, and interacting force filed up to fixed end. So, the change of the characteristics was considered as the parameters change. The air foil bearing specification for analysis follows the general size; diameter 38.1 mm and length 38.1 mm (L/D=1.0). The results show that the stiffness at the fixed end is more than the stiffness at the free end, Coulomb damping is more at the fixed end due to the small displacement, and two dynamic characteristics are dependent on each other.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.42
no.6
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pp.98-105
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2000
Recently, the construction method of high pressure jet-grouting is in wide-use, for the purpose of structure foundation ground, reinforcing of ground behind propped retaining walls and cut-off in order to perform safe construction of underground excavation work. This study was performed a serious of tests of field permeability and unconfined compressive strength upon ground improved established on the ground behind propped retaining walls and examined proper jet mechanism by changing the construction parameter value of high pressure jet-grouting. In addition, we got the conclusion like the followings as a result of inspecting the condition of earth pressure distribution and deformation, using elasto-plastic method and FEM. 1. In that characteristics of strength of ground improved, with the same condition of construction parameter, unconfined compressive strength of sand gravel is shown bigger than that of silty sand by about 1.6 times and cut-off effect is shown to have effect of reducing the permeability of original ground by about 10$^{-2}$ ~10$^{-3}$ cm/s. 2. As a result of analysis of figures of horizontal displacing quantity of propped retaining walls materials regarding before and after High pressure jet- grouting through FEM, the reducing quantity of 0.1~0.3mm in maximum horizontal displacement is shown.
Rahman, Mohammad Sabbir;Chang, Seongkyu;Kim, Dookie
Structural Engineering and Mechanics
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v.63
no.4
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pp.537-549
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2017
One of the main concerns of civil engineering researchers is developing or modifying an energy dissipation system that can effectively control structural vibrations, and keep the structural response within tolerable limits during unpredictable events like earthquakes, wind and any kind of thrust load. This article proposes a new type of mass damper system for controlling wideband earthquake vibrations, called Multiple Wall Dampers (MWD). The basic principle of the Tuned Mass Damper (TMD) was used to design the proposed wall damper system. This passive energy dissipation system does not require additional mass for the damping system because the boundary wall mass of the building was used as a damper mass. The multi-mode approach was applied to determine the location and design parameters of the dampers. The dampers were installed based on the maximum amplitude of modes. To optimize the damper parameters, the multi-objective optimization Response Surface Methodology was used, with frequency response and maximum displacement as the objective functions. The obtained structural responses under different earthquake forces demonstrated that the MWD is one of the most capable tools for reducing the responses of multi-storied buildings, and this system can be practically used for new and existing building structures.
Importance of procuring adequate knowledge about the mechanical behavior of double-layered graphene sheets (DLGSs) incensed the authors to investigate wave propagation responses of mentioned element while rested on a visco-Pasternak medium under hygro-thermal loading. A nonlocal strain gradient theory (NSGT) is exploited to present a more reliable size-dependent mechanical analysis by capturing both softening and hardening effects of small scale. Furthermore, in the framework of a classical plate theory the kinematic relations are developed. Incorporating kinematic relations with the definition of Hamilton's principle, the Euler-Lagrange equations of each of the layers are derived separately. Afterwards, combining Euler-Lagrange equations with those of the NSGT the nonlocal governing equations are written in terms of displacement fields. Interaction of the each of the graphene sheets with another one is regarded by the means of vdW model. Then, a widespread analytical solution is employed to solve the derived equations and obtain wave frequency values. Subsequently, influence of each participant variable containing nonlocal parameter, length scale parameter, foundation parameters, temperature gradient and moisture concentration is studied by plotting various figures.
This study analyzed stresses in concrete and its reinforcement, computing the additional loading transferred by concrete creep. The loading varied from zero, structure exclusively under its self-weight, up to the critical buckling load. The studied structure was a real, tapered, reinforced concrete pole. As concrete is a composite material, homogenizing techniques were used in the calculations. Due to the static indetermination for determining the normal forces acting on concrete and reinforcement, equations that considered the balance of forces and compatibility of displacement on cross-sections were employed. In the mathematical solution used to define the critical buckling load, all the elements of the structural dynamics present in the system were considered, including the column self-weight. The structural imperfections were linearized using the geometric stiffness, the proprieties of the concrete were considered according to the guidelines of the American Concrete Institute (ACI 209R), and the ground was modeled as a set of distributed springs along the foundation length. Critical buckling loads were computed at different time intervals after the structure was loaded. Finite element method results were also obtained for comparison. For an interval of 5000 days, the modulus of elasticity and critical buckling load reduced by 36% and 27%, respectively, compared to an interval of zero days. During this time interval, stress on the reinforcement steel reached within 5% of the steel yield strength. The computed strains in that interval stayed below the normative limit.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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