Preciado, Adolfo;Bartoli, Gianni;Budelmann, Harald
Earthquakes and Structures
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v.9
no.2
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pp.339-352
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2015
Ancient masonry towers constitute a relevant part of the cultural heritage of humanity. Their earthquake protection is a topic of great concern among researchers due to the strong damage suffered by these brittle and massive structures through the history. The identification of the seismic behavior and failure of towers under seismic loading is complex. This strongly depends on many factors such as soil characteristics, geometry, mechanical properties of masonry and heavy mass, as well as the earthquake frequency content. A deep understanding of these aspects is the key for the correct seismic vulnerability evaluation of towers and to design the most suitable retrofitting measure. Recent tendencies on the seismic retrofitting of historical structures by means of prestressing are related to the use of smart materials. The most famous cases of application of prestressing in towers were discussed. Compared to horizontal prestressing, vertical post-tensioning is aimed at improving the seismic behavior of towers by reducing damage with the application of an overall distribution of compressive stresses at key locations.
Since the beginning of the 90 s, depending on the growth of the industrial sector in Turkey, factory constructions have been increased. The cost of precast concrete buildings is lower than the steel ones for this reason the precast structural systems are used more. Precast concrete structural elements are mostly as strong as not to have damage in the earthquake but weakness of connections between elements causes unexpected damages of structure during earthquake. When looking at the previous researches, it can be seen that there is a lack of studies about socket type base connections although there were many experimental and analytical studies about the connections of precast structural elements. The aim of this study is to investigate the stress transfer mechanism between column and the socket base wall with finite element method. For the finite element analysis ANSYS software was used. A finite element model was created which is the simulation of experimental research executed by Canha et al. (2009) under vertical and horizontal forces. Results of experimental research and finite element analysis were compared to create a successful simulation of experimental program. After determining the acceptable parameters, models of socket bases were created. Model dimensions were chosen according to square section column sizes 400, 450, 500, 550 and 600 mm which were mostly used in industrial buildings. As a result of this study, stress distribution at center section of the socket base models were observed and it is found that stress distribution affects triangular at the half of socket bottom and top.
Tavakoli, H.R.;Amiri, M. Talebzade;Abdollahzade, G.;Janalizade, A.
Geomechanics and Engineering
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v.11
no.6
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pp.821-845
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2016
Extensive researches on distribution of earthquake induced damages in different regions have shown that geological and geotechnical conditions of the local soils significantly influence behavior of alluvial areas under seismic loading. In this article, the site of Babol city which is formed up of saturated fine alluvial soils is considered as a case study. In order to reduce the uncertainties associated with earthquake resistant design of structures in this area (Babol city), the required design parameters have been evaluated with consideration of site's dynamic effects. The utilized methodology combines experimental ground ambient noise analysis, expressed in terms of horizontal to vertical (H/V) spectral ratio, with numerical one-dimensional response analysis of soil columns using DEEPSOIL software. The H/V spectral analysis was performed at 60 points, experimentally, for the region in order to estimate both the fundamental period and its corresponding amplification for the ground vibration. The investigation resulted in amplification ratios that were greater than one in all areas. A good agreement between the proposed ranges of natural periods and alluvial amplification ratios obtained through the analytical model and the experimental microtremor studies verifies the analytical model to provide a good engineering reflection of the subterraneous alluviums.
Haeri, Hadi;Sarfarazi, Vahab;Zhu, Zheming;Marji, Mohammad Fatehi
Smart Structures and Systems
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v.22
no.6
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pp.663-673
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2018
In this study, the effect of particle size on the cracks propagation and coalescence or cracking pattern of the edge notched disc specimens are investigated. Firstly, calibration of PFC3D was performed using Brazilian experimental test output. Then micro parameters were used to build edge notched disc specimen. The horizontal wall of the assembly is let to move downward with a standard low speed of 0.016 m/s. The numerical results show that the tensile cracks are dominant failure pattern for the modeled discs. These tensile cracks initiate from the pre-existing notch tip and propagate parallel to the loading direction then interact with the upper boundary of the modeled specimen. As the size of the balls (ball diameter) decrease the number of tensile cracks increase. The tensile fracture toughness of the samples also decreases as the particle size increases. Understanding the crack propagation and crack coalescence phenomena in brittle materials such as concretes and rocks is of paramount importance in the stability analyses for engineering structures such as rock slopes, underground structures and tunneling.
To study the eccentric compression behavior of ultra-high performance fiber reinforced concrete (UHPFRC) columns, six UHPFRC columns and one high-strength concrete (HSC) column were tested. Variation parameters include load eccentricity, volume of steel fibers and stirrup ratio. The crack pattern, failure mode, bearing capacity, and deformation of the specimens were studied. The results showed that the UHPFRC columns had different failure modes. The large eccentric compression failure mode was the longitudinal tensile reinforcements yielded and many horizontal cracks appeared in the tension zone. The small eccentric compression failure mode was the longitudinal compressive reinforcements yielded and vertical cracks appeared in the compressive zone. Because of the bridging effect of steel fibers, the number of cracks significantly increased, and the width of cracks decreased. The load-deflection curves of the UHPFRC columns showed gradually descending without sudden dropping, indicating that the specimens had better deformation. The finite element (FE) analysis was performed to stimulate the damage process of the specimens with monotonic loading. The concrete damaged plasticity (CDP) model was adopted to characterize the behaviour of UHPFRC. The contribution of the UHPFRC tensile strength was considered in the bearing capacity, and the theoretical calculation formulas were derived. The theoretical calculation results were consistent with the test results. This research can provide the experimental and theoretical basis for UHPFRC columns in engineering applications.
This paper reports on the results of a parametric study, which examines the effects of varying aspect ratios on the dynamic response of cylindrical silos directly supported on the ground under earthquake loading. Previous research has shown that numerical models can provide considerably realistic simulations when it comes to the behavior of silos by using correct boundary conditions, appropriate element types and material models. To this end, a three dimensional numerical model, taking into account the bulk material-silo wall interaction, was produced by the ANSYS commercial program, which is in turn based on the finite element method. The results obtained from the numerical analysis are discussed comparatively in terms of dynamic material pressure, horizontal displacement, equivalent base shear force and equivalent bending moment responses for considered aspect ratios. The effects experienced because of the slenderness of the silo in regards to the seismic response were evaluated along with the effectiveness of the classification system proposed by Eurocode in evaluating the loads on the vertical walls. Results clearly show that slenderness directly affects the seismic response of such structures especially in terms of behavior and the magnitude of the responses. Furthermore the aspect ratio value of 2.0, given as a behavioral changing limit in the technical literature, can be used as a valid limit for seismic behavior.
Nanclares, German;Ambrosini, Daniel;Curadelli, Oscar;Domizio, Martin
Smart Structures and Systems
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v.26
no.6
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pp.765-779
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2020
Collapse of bridges in recent earthquakes demonstrates the need to deepen the understanding of the behaviour of these structures against seismic actions. This paper presents a highly detailed numerical model of an actual bridge subjected to extreme seismic action which results in its collapse. Normally, nonlinear numerical models have high difficulties to achieve convergence when reinforced concrete is intended to be represented. The main objective of this work is to determine the efficiency of different passive control strategies to prevent the structural collapse of an existing bridge. Metallic dampers and seismic isolation by decoupling the mass were evaluated. The response is evaluated not only in terms of reduction of displacements, but also in increasing of shear force and axial force in key elements, which can be a negative characteristic of the systems studied. It can be concluded that the use of a metallic damper significantly reduces the horizontal displacements and ensures the integrity of the structure from extreme seismic actions. Moreover, the isolation of the deck, which in principle seems to be the most effective solution to protect existing bridges, proves inadequate for the case analysed due to its dynamic characteristics and its particular geometry and an unpredictable type of axial pounding in the columns. This unexpected effect on the isolation system would have been impossible to identify with simplified models.
Hai Van Dang;Sungwon Shin;Eunju Lee;Hyoungsu Park;Jun-Nyeong Park
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.36
no.6
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pp.364-379
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2022
Coastal communities have been vulnerable to extreme coastal flooding induced by hurricanes and tsunamis. Many studies solely focused on the overland flow hydrodynamic and loading mechanisms on individual inland structures or buildings. Only a few studies have investigated the effects of flooding mitigation measures to protect the coastal communities represented through a complex series of building arrays. This study numerically examined the performance of flood-mitigation measures from tsunami-like wave-induced overland flows. A computational fluid dynamic model was utilized to investigate the performance of mitigation structures such as submerged breakwaters and seawalls in reducing resultant forces on a series of building arrays. This study considered the effects of incident wave heights and four geometrically structural factors: the freeboard, crest width of submerged breakwaters, and the height and location of seawalls. The results showed that prevention structures reduced inundation flow depths, velocities, and maximum forces in the inland environment. The results also indicated that increasing the seawall height or reducing the freeboard of a submerged breakwater significantly reduces the maximum horizontal forces, especially in the first row of buildings. However, installing a low-lying seawall closer to the building rows amplifies the maximum forces compared to the original seawall at the shoreline.
Reinforced concrete (RC) deep beams are critical structural elements used in offshore pile caps, rectangular cross-section water tanks, silo structures, transfer beams in high-rise buildings, and bent caps. As a result of the low shear span ratio to effective depth (a/d) in deep beams, arch action occurs, which leads to shear failure. Several studies have been carried out to improve the shear resistance of RC deep beams and avoid brittle fracture behavior in recent years. This study was performed to investigate the behavior of RC deep beams numerically and experimentally with different reinforcement arrangements. Deep beams with four different reinforcement arrangements were produced and tested under monotonic static loading in the study's scope. The horizontal and vertical shear reinforcement members were changed in the test specimens to obtain the effects of different reinforcement arrangements. However, the rebars used for tension and the vertical shear reinforcement ratio were constant. In addition, the behavior of each deep beam was obtained numerically with commercial finite element analysis (FEA) software ABAQUS, and the findings were compared with the experimental results. The results showed that the reinforcements placed diagonally significantly increased the load-carrying and energy absorption capacities of RC deep beams. Moreover, an apparent plastic plateau was seen in the load-displacement curves of these test specimens in question (DE-2 and DE-3). This finding also indicated that diagonally located reinforcements improve displacement ductility. Also, the numerical results showed that the FEM method could be used to accurately predict RC deep beams'behavior with different reinforcement arrangements.
In this paper, unreinforced and geogrid-reinforced soil foundations were modeled by discrete element method and this performed under surface strip footing loads. The effects of horizontal position of geogrid, vertical position, thickness, number, confining pressure have been investigated on the footing settlement and propagation of tensile force along the geogrids. Also, interaction between rectangular tunnel and strip footing with and without presence of geogrid layer has been analyzed. Experimental results of the literature were used to validation of relationships between the numerically achieved footing pressure-settlement for foundations of reinforced and unreinforced soil. Models and micro input parameters which used in the numerical modelling of reinforced and unreinforced soil tunnel were similar to parameters which were used in soil foundations. Model dimension was 1000 mm* 600 mm. Normal and shear stiffness of soils were 5*105 and 2.5 *105 N/m, respectively. Normal and shear stiffness of geogrid were 1*109 and 1*109 N/m, respectively. Loading rate was 0.001 mm/sec. Micro input parameters used in numerical simulation gain by try and error. In addition of the quantitative tensile force propagation along the geogrids, the footing settlements were visualized. Due to collaboration of three layers of geogrid reinforcements the bearing capacity of the reinforced soil tunnel was greatly improved. In such practical reinforced soil formations, the qualitative displacement propagations of soil particles in the soil tunnel and the quantitative vertical displacement propagations along the soil layers/geogrids represented the geogrid reinforcing impacts too.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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