Jo, Chul H.;Lee, Kang-Hee;Hwang, Su-Jin;Lee, Jun-Ho
International Journal of Ocean System Engineering
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v.3
no.4
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pp.164-168
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2013
Tidal-current power is now recognized as a clean power resource. The turbine blade is the fundamental component of a tidal current power turbine. The kinetic energy available within a tidal current can be converted into rotational power by turbine blades. While in service, turbine blades are generally subjected to cyclic fatigue loading due to their rotation and the rotor-tower interaction. Predicting the fatigue life under a hydrodynamic fatigue load is very important to prevent blade failure while in service. To predict the fatigue life, hydrodynamic load data should be acquired. In this study, the vibration characteristics were analyzed based on three-dimensional unsteady simulations to obtain the cyclic fatigue load. Our results can be applied to the fatigue design of horizontal-axis tidal turbines.
Offshore wind structures are subject to long-term repeated horizontal loads from wind, waves, and currents, making it essential to consider these loads in the design of offshore foundations. In this respect, monopiles are large-diameter hollow steel pipes that are relatively simple to construct compared with piles used on onshore sites. They can provide stable support for wind structures and have well-established design codes, leading to their widespread use globally. The behavior of monopiles under lateral static loads is typically assessed using the p-y method proposed by the American Petroleum Institute (API). However, the applicability of p-y curves to large-diameter monopiles exposed to repeated cyclic horizontal loads, such as those experienced in offshore wind applications, must yet be evaluated. Thus, this study evaluated the behavior of monopiles under two-way cyclic horizontal loads in loose silty sand, a representative soil type of the southwestern coast of Korea, using centrifuge model tests. The results demostrated that the behavior of monopiles varied depending on the loading level, number of cycles, and direction of the cyclic loads. Furthermore, the p-y curve method proposed by the API overestimated the behavior of a large-diameter monopile installed in silty sand under two-way cyclic loads.
Steel plate shear wall with self-centering energy dissipation braces (SPSW-SCEDB) is a lateral force-resisting system that exhibits flag-shaped hysteretic responses, which consists of two pre-pressed spring self-centering energy dissipation (PS-SCED) braces and a wall plate connected to horizontal boundary elements only. The present study conducted a series of cyclic tests to study the hysteretic performances of braces in SPSW-SCEDB and the effects of braces on the overall hysteretic characteristics of this system. The SPSW-SCEDB with PS-SCED braces only exhibits excellent self-centering capability and the energy loss caused by the large inclination angle of PS-SCED braces can be compensated by appropriately increasing the friction force. Under the combined effect of the two components, the SPSW-SCEDB exhibits a flag-shaped hysteretic response with large lateral resistance, good energy dissipation and self-centering capabilities. In addition, the wall plate is the primary energy dissipation component and the PS-SCED braces provide supplementary energy dissipation for system. The PS-SCED braces can provide up to 90% self-centering capability for the SPSW-SCEDB system. The compressive bearing capacity of the wall plate should be smaller than the horizontal remaining restoring force of the braces to achieve better self-centering effect of the system.
Concrete-to-concrete bedding planes (CCBP) are observed from time to time due to the multistep hardening process of the concrete materials. In this paper, a series of direct/cyclic shear tests are performed on CCBP under static and dynamic normal load conditions to study the frictional behavior effect by the shear velocities, normal impact frequencies, horizontal shear frequencies, normal impact force amplitudes, horizontal shear displacement amplitudes and normal load levels. According to the experimental results, apparent friction coefficient k ($k=F_{Shear}/F_{Normal}$) shows different patterns under static and dynamic load conditions at the stable shear stage. k is nearly constant in direct shear tests under constant normal load conditions (DCNL), while it is cyclically changing with nearly constant peak value and valley value for the direct shear tests under dynamic normal load conditions (DDNL), where k increases with decreasing normal force and decreases with increasing normal force. Shear velocity has little influence on peak values of k for the DCNL tests, but increasing shear velocity leads to increasing valley values of k for DDNL tests. It is also found that, the valley values of k ascend with decreasing impact normal force amplitude in DDNL tests. The changing pattern of k for the cyclic shear tests under constant and dynamic normal load conditions (CCNL and CDNL tests) are similar, but the peak value of k is smaller in CDNL tests than that in CCNL tests. Normal load levels, shear displacement amplitudes, vertical impact frequencies, horizontal shear frequencies and normal impact force amplitudes have little influence on the changing pattern of k for the cyclic shear tests. The tests of this study provide useful data in understanding the frictional behavior of the CCBP under distinct loadings, and these findings are very important for analyzing the stability of the jointed geotechnical structures under complicated in situ stress conditions.
The pre-peak cyclic shear mechanism of two-order asperity degradation of rock joints in the direct shear tests with static constant normal loads (CNL) are investigated using experimental and numerical methods. The laboratory testing rock specimens contains the idealized and regular two-order triangular-shaped asperities, which represent the specific geometrical conditions of natural and irregular waviness and unevenness of rock joint surfaces, in the pre-peak cyclic shear tests. Three different shear failure patterns of two-order triangular-shaped rock joints can be found in the experiments at constant horizontal shear velocity and various static constant normal loads in the direct and pre-peak cyclic shear tests. The discrete element method is adopted to simulate the pre-peak shear failure behaviors of rock joints with two-order triangular-shaped asperities. The rock joint interfaces are simulated using a modified smooth joint model, where microscopic scale slip surfaces are applied at contacts between discrete particles in the upper and lower rock blocks. Comparing the discrete numerical results with the experimental results, the microscopic bond particle model parameters are calibrated. Effects of cyclic shear loading amplitude, static constant normal loads and initial waviness asperity angles on the pre-peak cyclic shear failure behaviors of triangular-shaped rock joints are also numerically investigated.
Computational Structural Engineering : An International Journal
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v.1
no.2
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pp.107-116
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2001
The present paper investigates the nonlinear behavior of reinforced concrete shear walls with a crank based on a finite element analysis. The loading type is a horizontal cyclic one such as earthquake loads. Experiments of the shear walls with and without cranks, performed previously to see flow the behavior changes depending on the crank, are compared with the results obtained from the finite element analysis. The finite element analysis is based on an isoparametric degenerated shell formulation. The nonlinear constitutive equations fur concrete are modeled adopting the formulation based on a concept of Ring Typed-Lattice Model. The experiments indicate that the shear walls with a crank have low stiffness and relatively low carrying capacity compared with an ordinary plane shear wall without cranks and that they are more ductile, and the tendency is a1so confirmed based on the finite element analysis. Moreover, a good agreement between the experiments and analyses is obtained, accordingly, it is confined that the present numerical analysis scheme based on the Lattice Model is a powerful one to evaluate the behavior of reinforced concrete shear walls with cranks and without cranks.
El-Borgi, S.;Neifar, M.;Jabeur, M. Ben;Cherif, D.;Smaoui, H.
Smart Structures and Systems
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v.4
no.2
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pp.247-259
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2008
The potential use of Cu-based shape memory alloys (SMA) in retrofitting historical monuments is investigated in this paper. This study is part of the ongoing work conducted in Tunisia within the framework of the FP6 European Union project (WIND-CHIME) on the use of appropriate modern seismic protective systems in the conservation of Mediterranean historical buildings in earthquake-prone areas. The present investigation consists of a finite element simulation, as a preliminary to an experimental study where a cantilever masonry wall, representing a part of a historical monument, is subjected to monotonic and quasi-static cyclic loadings around a horizontal axis at the base level. The wall was retrofitted with an array of copper SMA wires with different cross-sectional areas. A new model is proposed for heat-treated copper SMAs and is validated based on published experimental results. A series of nonlinear finite element analyses are then performed on the wall for the purpose of assessing the SMA device retrofitting capabilities. Simulation results show an improvement of the wall response for the case of monotonic and quasi-static cyclic loadings.
This paper experimentally investigated the behavior of steel frame structures of traditional-style buildings subjected to combined constant axial load and reversed lateral cyclic loading conditions. The low cyclic reversed loading test was carried out on a 1/2 model of a traditional-style steel frame. The failure process and failure mode of the structure were observed. The mechanical behaviors of the steel frame, including hysteretic behaviors, order of plastic hinges, load-displacement curve, characteristic loads and corresponding displacements, ductility, energy dissipation capacity, and stiffness degradation were analyzed. Test results showed that the Dou-Gong component (a special construct in traditional-style buildings) in steel frame structures acted as the first seismic line under the action of horizontal loads, the plastic hinges at the beam end developed sufficiently and satisfied the Chinese Seismic Design Principle of "strong columns-weak beams, strong joints-weak members". The pinching phenomenon of hysteretic loops occurred and it changed into Z-shape, indicating shear-slip property. The stiffness degradation of the structure was significant at the early stage of the loading. When failure, the ultimate elastic-plastic interlayer displacement angle was 1/20, which indicated high collapse resistance capacity of the steel frame. Furthermore, the finite element analysis was conducted to simulate the behavior of traditional-style frame structure. Test results agreed well with the results of the finite element analysis.
The effectiveness of a technique for the repair of reinforced concrete members in combination with a technique for the repair of masonry walls of infilled frames, damaged due to cyclic loading, is experimentally investigated. Three single - story, one - bay, 1/3 - scale frame specimens are tested under cyclic horizontal loading, up to a drift level of 4%. One bare frame and two infilled frames with weak and strong infills, respectively, have been tasted. Specimens have spirals as shear reinforcement. The applied repair technique is mainly based on the use of thin epoxy resin infused under pressure into the crack system of the damaged RC joint bodies, the use of a polymer modified cement mortar with or without a fiberglass reinforcing mesh for the damaged infill masonry walls and the use of CFRP plates to the surfaces of the damaged structural RC members, as external reinforcement. Specimens after repair, were retested in the same way. Conclusions concerning the effectiveness of the applied repair technique, based on maximum cycles load, loading stiffness, and hysteretic energy absorption capabilities of the tested specimens, are drawn and commented upon.
This paper presents an experimental study of three two-dimensional (2D/planar) steel reinforced concrete (SRC) T-shaped column-RC beam hybrid joints and six 3D SRC T-shaped column-steel beam hybrid joints under low cyclic reversed loads. Considering different categories of steel configuration types in column cross section and horizontal loading angles for the specimens were selected, and a reliable structural testing system for the spatial loading was employed in the tests. The load-displacement curves, carrying capacity, energy dissipation capacity, ductility and deformation characteristics of the test subassemblies were analyzed. Especially, the seismic performance discrepancies between planar hybrid joints and 3D hybrid joints were intensively compared. The failure modes for planar loading and spatial loading observed in the tests showed that the shear-diagonal compressive failure was the dominating failure mode for all the specimens. In addition, the 3D hybrid joints illustrated plumper hysteretic loops for the columns configured with solid-web steel, but a little more pinched hysteretic loops for the columns configured with T-shaped steel or channel-shaped steel, better energy dissipation capacity & ductility, and larger interlayer deformation capacity than those of the planar hybrid joints. Furthermore, it was revealed that the hysteretic loops for the specimens under $45^{\circ}$ loading angle are generally plumper than those for the specimens under $30^{\circ}$ loading angle. Finally, the effects of steel configuration type and loading angle on the seismic damage for the specimens were analyzed by means of the Park-Ang model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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