Hazem W. Tawadros;Mousa M. Farag;Sameh S.F. Mehanny
Earthquakes and Structures
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v.24
no.4
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pp.289-301
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2023
Developing a competent soil-bridge interaction model for the seismic analysis of piled foundation bridges is of utmost importance for investigating the seismic response and assessing fragility of these lifeline structures. To this end, ground motion histories are deemed necessary at various depths along the piles supporting the bridge. This may be effectively accomplished through time history analysis of a free-field standalone soil column extending from bedrock level to ground surface subjected to an input bedrock motion at its base. A one-dimensional site/ground response analysis (vide one-directional shear wave propagation through the soil column) is hence conducted in the present research accounting for the nonlinear hysteretic behavior of the soil stratum encompassing the bridge piled foundation. Two homogeneous soil profiles atop of bedrock have been considered for comparison purposes, namely, loose and dense sand. Analysis of the standalone soil column has been performed under a set of ten selected actual bedrock ground motions adopting a nonlinear time domain approach in an incremental dynamic analysis framework. Amplified retrieved PGA and maximum soil shear strains have been generally observed at various depths of the soil column when moving away from bedrock towards ground surface especially at large hazards associated with high (input) PGA values assigned at bedrock. This has been accompanied, however, by some attenuation of the amplified PGA values at shallower depths and at ground surface especially for the loose sand soil and particularly for cases with higher seismic hazards associated with large scaling factors of bedrock records.
This study compares elastic moduli calculated using two stiffness testing methods with different strain ranges to evaluate the stress-settlement characteristics of foundation support layers. Elastic moduli were calculated by the soil stiffness gauge (SSG) in the micro-strain range and the plate load test (PLT) in the medium strain range. To apply the elastic moduli obtained by the two testing methods with different strain ranges to the design and construction of foundation soils, the correlation between each measurement value should be identified in advance. As a result of the comparative analysis of the elastic moduli calculated using the two methods in weathered soil and rock, which are representative support layers in Korea, the calculated elastic moduli differed depending on the types of soil and stress conditions. For various soil types, the static elastic modulus obtained by the PLT was reduced by 56% because of the difference in the strain level of the test compared with the dynamic elastic modulus obtained by the SSG. Therefore, the results show that it is necessary to apply corrections to the stress distribution, stress level, and dynamic effect according to the ground stiffness to effectively use the SSG instead of the PLT.
Concrete pipes are considered important structures playing integral role in spread of cities besides transportation of gas as well as oil for far distances. Further, concrete structures under seismic load, show behaviors which require to be investigated and improved. Therefore, present research concerns dynamic stress and strain alongside deflection assessment of a concrete pipe carrying water-based nanofluid subjected to seismic loads. This pipe placed in soil is modeled through spring as well as damper. Navier-Stokes equation is utilized in order to gain force created via fluid and, moreover, mixture rule is applied to regard the influences related to nanoparticles. So as to model the structure mathematically, higher order refined shear deformation theory is exercised and with respect to energy method, the motion equations are obtained eventually. The obtained motion equations will be solved with Galerkin and Newmark procedures and consequently, the concrete pipe's dynamic stress, strain as well as deflection can be evaluated. Further, various parameters containing volume percent of nanoparticles, internal fluid, soil foundation, damping and length to diameter proportion of the pipe and their influences upon dynamic stress and strain besides displacement will be analyzed. According to conclusions, increase in volume percent of nanoparticles leads to decrease in dynamic stress, strain as well as displacement of structure.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.25
no.11
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pp.739-746
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2015
Several damage counting methods can be applied for the fatigue issues of a ground vehicle system using strain data and acceleration data is partially used for a high cyclic loading case. For a vibration test, acceleration data is, however, more useful than strain one owing to the good nature of signal-to-random ratio at acceleration response. The test severity can be judged by the fatigue damage and the pseudo-damage from the acceleration response stated in ISO-16750-3 is one of sound solutions for the vibration test. The comparison of fatigue damages, derived from both acceleration and strain, are analyzed in this study to determine the best choice of fatigue damage over multi-spectral input pattern. Uniaxial excitation test was conducted for a notched simple specimen and response data, both acceleration and strain, are used for the comparison of fatigue damages.
Composite materials are rapidly gaining popularity as an alternative to metals for structural and load bearing applications in the aerospace, automotive, alternate energy and consumer industries. With the advent of thermoplastic composites and advances in recycling technologies, fully recyclable composites are gaining ground over traditional thermoset composites. Stamp forming as an alternative processing technique for sheet products has proven to be effective in allowing the fast manufacturing rates required for mass production of components. This study investigates the feasibility of using the stamp forming technique for the processing of thermoplastic, recyclable composite materials. The material system used in this study is a self-reinforced polypropylene composite material (Curv$^{(R)}$). The investigation includes a detailed experimental study based on strain measurements using a non-contact optical measurement system in conjunction with stamping equipment to record and measure the formability of the thermoplastic composites in real time. A Design of Experiments (DOE) methodology was adopted to elucidate the effect of process parameters that included blank holder force, pre heat temperature and feed rate on stamp forming. DOE analyses indicate that feed rate had negligible influence on the strain evolution during stamp forming and blank holder force and preheat temperature had significant effect on strain evolution during forming.
Renewed interest in the long-term pile foundations has been driven by the increase in offshore wind turbine installation to generate renewable energy. A monopile subjected to repetitive loads experiences an evolution of displacements, pile rotation, and stress redistribution along the embedded portion of the pile. However, it is not fully understood how the embedded pile interacts with the surrounding soil elements based on different pile geometries. This study investigates the long-term soil response around offshore monopiles using finite element method. The semi-empirical numerical approach is adopted to account for the fundamental features of volumetric strain (terminal void ratio) and shear strain (shakedown and ratcheting), the strain accumulation rate, and stress obliquity. The model is tested with different strain boundary conditions and stress obliquity by relaxing four model parameters. The parametric study includes pile diameter, embedded length, and moment arm distance from the surface. Numerical results indicate that different pile geometries produce a distinct evolution of lateral displacement and stress. In particular, the repetitive lateral load increases the global lateral load resistance. Further analysis provides insight into the propagation of the shear localization from the pile tip to the ground surface.
Shake table tests were conducted on scaled tunnel model to investigate the mechanism and effect of seismic loadings on horseshoe scaled tunnel model in ground fissure site. Key technical details of the experimental test were set up, including similarity relations, boundary conditions, sensor layout, modelling methods were presented. Synthetic waves and El Centro waves were adopted as the input earthquake waves. Results measured from hanging wall and foot wall were compared and analyzed. It is found that the seismic loadings increased the subsidence of hanging wall and lead to the appearance and propagation of cracks. The values of acceleration, earth pressure and strain were greater in the hanging wall than those in the foot wall. The tunnel exhibited the greatest earth pressure on right and left arches, however, the earth pressure on the crown of arch is the second largest and the inverted arch has the least earth pressure in the same tunnel section. Therefore, the effect of the hanging wall on the seismic performance of metro tunnel in earth fissure ground should be considered in the seismic design.
Park, Sung-Yong;Jung, Hee-Don;Kim, Young-Ju;Kim, Yong-Seong
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.59
no.5
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pp.101-108
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2017
Recently, the occurrence of landslides has been increasing over the years due to the extreme weather event. Developments of landslides monitoring technology that reduce damage caused by landslide are urgently needed. Therefore, in this study, a strain ratio sensor was developed to predict the ground behavior during the slope failure, and the change in surface ground displacement was observed as slope failed on the field model experiment. As a result, in the slope failure, the ground displacement process increases the risk of collapse as the inverse displacement approaches zero. It is closely related to the prediction of precursor. In all cases, increase in displacement and reverse speed of inverse displacement with time was observed during the slope failure, and it is very important event for monitoring collapse phenomenon of risky slopes. In the future, it can be used as disaster prevention technology to contribute in reduction of landslide damage and activation of measurement industry.
Studies of earthquakes over the last 50 years and the examination of dynamic soil behavior reveal that soil behavior is highly nonlinear and hysteretic even at small strains. Nonlinear behavior of soils during a seismic event has a predominant role in current site response analysis approaches. Common approaches to ground response analysis include linear, equivalent linear and nonlinear methods. These methods of ground response analysis may also be categorized into time domain and frequency domain concepts. Simplicity in developing analytical relations and accuracy in considering soils' dynamic properties dependency to loading frequency are benefits of frequency domain analysis. On the other hand, nonlinear methods are complicated and time consuming mainly because of their step by step integrations in time intervals. In part Ι of this paper, governing equations for seismic response analysis of surcharged and layered soils were developed using fundamental of wave propagation theory based on transfer function and boundary conditions. In this part, nonlinear seismic ground response is analyzed using extended HFTD method. The extended HFTD method benefits Newton-Raphson procedure which applies regular iterations and follows soils' fundamental stress-strain curve until convergence is achieved. The nonlinear HFTD approach developed here are applied to some examples presented in this part of the paper. Case studies are carried in which effects of some influencing parameters on the response are investigated. Results show that the current approach is sufficiently accurate, efficient, and fast converging. Discussions on the results obtained are presented throughout this part of the paper.
Given the unpredictability of the occurrence of the earthquake and other potential disasters into consideration, the nuclear power plant may be confronted with beyond design-basis earthquake load in the future. The containment structure may be severely damaged under such severe earthquake loading, increasing the risk of containment concrete cracking and potential radioactive materials leaking. Moreover, initial damage caused by the earthquake may significantly alter the pressure performance of the containment under follow-up internal pressure. To compromise the dangers of beyond design-basis earthquake to the containment, an alternative of replacing the conventional concrete with fiber-reinforced concrete (FRC) to upgrade the seismic resistance capacity of the containment is attempted and thoroughly researched. In this study, the influence of various fiber types such as rigid fiber and mixed fiber is regarded to constitute fiber-reinforced PCCVs. The physical properties of traditional and fiber-reinforced PCCVs under earthquake ground motions are scientifically compared and identified by using traditional and proposed evaluation indices. The results indicate that both the traditional evaluation index (i.e. top displacement, stress, strain) and the proposed damage index are greatly reduced by the practice of fiber strengthening under earthquake ground motions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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