Consolidation and permeability are major engineering properties of soil. In clay, coefficient of permeability and consolidation can be calculated by incremental loading consolidation test. However, it is known that the incremental loading test has several deficiencies including long testing time, non-uniform stress state, very soft clay and problem of back pressure saturation. Specially, it is not performed with horizontal consolidation test. Several methods have been proposed for obtaining reliable values of $C_v$. Among these, the square root of time-fitting method proposed by Taylor(1948) and logarithm of time-fitting method, also called Casagrande's method, are used extensively in soil engineering practice. But these methods are not amenable for the absence of initial linear portion and have the difficulties involved in distinguishing secondary compression from primary compression. Rowecell consolidation tests were carried out in this study with different trimming axis and sample size. The results were compared with those of other methods; Casagrande,$Taylor,\; Casagrande,\; Hyperbolic,\; \delta/t-logt$. From the results, we explained a relationship between horizontal coefficient of permeability and void ratio was obtained. Finally, the directly measured horizontal coefficient of permeability obtained by using the Rowecell was compared with the permeability derived indirectly from the consolidation test result.
The accurate evaluation of settlement is important to every steps in the constructions involving soft soils. Relating with those constructions, especially, it has been emphasized recently that the influnce of secondary settlement is important. The ratio of $C_a/C_c$ and the surcharging tests can be applied collaboratively to predicting and reducing secondary consolidation. A series of incremental loading consolidation test and surcharging tests for undisturbed samples of Kunsan clay were performed in this study. As a result of the tests, the ratio of $C_a/C_c$ for the clay was found to be 0.0329. Also, the relationship between void ratio and $t/t_p$ was shown to be linear. Accordingly, the secondary compression index, $C_a for a long term loading had a constant value regardless of time. When the total surcharge ratio was 0.4 and the dissipation ratio of excessive porewater pressure was in the range from 80% to 100%, secondary settlement was effectively reduced for Kunsan clay.
Rad, Mohammad Hossein Ghadiri;Shahabian, Farzad;Hosseini, Seyed Mahmoud
Steel and Composite Structures
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v.35
no.1
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pp.77-92
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2020
The present paper outlined a procedure for geometrically nonlinear dynamic analysis of functionally graded graphene platelets-reinforced (GPLR-FG) nanocomposite cylinder subjected to mechanical shock loading. The governing equation of motion for large deformation problems is derived using meshless local Petrov-Galerkin (MLPG) method based on total lagrangian approach. In the MLPG method, the radial point interpolation technique is employed to construct the shape functions. A micromechanical model based on the Halpin-Tsai model and rule of mixture is used for formulation the nonlinear functionally graded distribution of GPLs in polymer matrix of composites. Energy dissipation in analyses of the structure responding to dynamic loads is considered using the Rayleigh damping. The Newmark-Newton/Raphson method which is an incremental-iterative approach is implemented to solve the nonlinear dynamic equations. The results of the proposed method for homogenous material are compared with the finite element ones. A very good agreement is achieved between the MLPG and FEM with very fine meshing. In addition, the results have demonstrated that the MLPG method is more effective method compared with the FEM for very large deformation problems due to avoiding mesh distortion issues. Finally, the effect of GPLs distribution on strength, stiffness and dynamic characteristics of the cylinder are discussed in details. The obtained results show that the distribution of GPLs changed the mechanical properties, so a classification of different types and volume fraction exponent is established. Indeed by comparing the obtained results, the best compromise of nanocomposite cylinder is determined in terms of mechanical and dynamic properties for different load patterns. All these applications have shown that the present MLPG method is very effective for geometrically nonlinear analyses of GPLR-FG nanocomposite cylinder because of vanishing mesh distortion issue in large deformation problems. In addition, since in proposed method the distributed nodes are used for discretization the problem domain (rather than the meshing), modeling the functionally graded media yields to more accurate results.
Traditionally used analytical approach to predict the fatigue failure of reinforced concrete (RC) structure is generally conservative and has certain limitations. The nonlinear finite element method (FEM) offers less expensive solution for fatigue analysis with sufficient accuracy. However, the conventional implicit dynamic analysis is very expensive for high level computation. Whereas, an explicit dynamic analysis approach offers a computationally operative modelling to predict true responses of a structural element under periodic loading and might be perfectly matched to accomplish long life fatigue computations. Hence, this study simulates the fatigue behaviour of RC beams with finite element (FE) assemblage presenting a simplified explicit dynamic numerical solution to show computer aided fatigue behaviour of RC beam. A commercial FEM package, ABAQUS has been chosen for this complex modelling. The concrete has been modelled as a 8-node solid element providing competent compression hardening and tension stiffening. The steel reinforcements are simulated as two-node truss elements comprising elasto-plastic stress-strain behaviour. All the possible nonlinearities are duly incorporated. Time domain analysis has been adopted through an automatic Newmark-β time incremental technique. The program consists of twelve RC beams to visualize the real behaviour during fatigue process and to obtain the reliability of the study. Both the numerical and experimental results indicate a redistribution of stresses along the time and damage accumulation of beam which severely affect the serviceability and ultimate capacity of RC beam. The output of the FEM analysis demonstrates good match with the experimental consequences which affirm the efficacy of the computer aided model. The controlled fatigue damage evolution at service fatigue load limits makes the FE model an efficient tool in predicting high cycle fatigue behaviour of RC structures.
AL-Sadder, Samir Z.;Othman, Ra'ad A.;Shatnawi, Anis S.
Structural Engineering and Mechanics
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v.24
no.6
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pp.647-664
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2006
In this study, an improved finite element formulation with a scheme of solution for the large deflection analysis of inextensible prismatic and nonprismatic slender beams is developed. For this purpose, a three-noded Lagrangian beam-element with two dependent degrees of freedom per node (i.e., the vertical displacement, y, and the actual slope, $dy/ds=sin{\theta}$, where s is the curved coordinate along the deflected beam) is used to derive the element stiffness matrix. The element stiffness matrix in the global xy-coordinate system is achieved by means of coordinate transformation of a highly nonlinear ($6{\times}6$) element matrix in the local sy-coordinate. Because of bending with large curvature, highly nonlinear expressions are developed within the global stiffness matrix. To achieve the solution after specifying the proper loading and boundary conditions, an iterative quasi-linearization technique with successive corrections are employed considering these nonlinear expressions to remain constant during all iterations of the solution. In order to verify the validity and the accuracy of this study, the vertical and the horizontal displacements of prismatic and nonprismatic beams subjected to various cases of loading and boundary conditions are evaluated and compared with analytic solutions and numerical results by available references and the results by ADINA, and excellent agreements were achieved. The main advantage of the present technique is that the solution is directly obtained, i.e., non-incremental approach, using few iterations (3 to 6 iterations) and without the need to split the stiffness matrix into elastic and geometric matrices.
Murthy, A. Ramachandra;Gandhi, P.;Vishnuvardhan, S.;Sudharshan, G.
Nuclear Engineering and Technology
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v.52
no.12
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pp.2949-2957
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2020
Fatigue crack growth model has been developed for dissimilar metal weld joints of a piping component under cyclic loading, where in the crack is located at the center of the weld in the circumferential direction. The fracture parameter, Stress Intensity Factor (SIF) has been computed by using principle of superposition as KH + KM. KH is evaluated by assuming that, the complete specimen is made of the material containing the notch location. In second stage, the stress field ahead of the crack tip, accounting for the strength mismatch, the applied load and geometry has been characterized to evaluate SIF (KM). For each incremental crack depth, stress field ahead of the crack tip has been quantified by using J-integral (elastic), mismatch ratio, plastic interaction factor and stress parallel to the crack surface. The associated constants for evaluation of KM have been computed by using the quantified stress field with respect to the distance from the crack tip. Net SIF (KH + KM) computed, has been used for the crack growth analysis and remaining life prediction by Paris crack growth model. To validate the model, SIF and remaining life has been predicted for a pipe made up of (i) SA312 Type 304LN austenitic stainless steel and SA508 Gr. 3 Cl. 1. Low alloy carbon steel (ii) welded SA312 Type 304LN austenitic stainless-steel pipe. From the studies, it is observed that the model could predict the remaining life of DMWJ piping components with a maximum difference of 15% compared to experimental observations.
Murthy, A. Ramachandra;Vishnuvardhan, S.;Saravanan, M.;Gandhi, P.
Structural Engineering and Mechanics
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v.81
no.5
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pp.565-574
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2022
The infrastructures such as offshore, bridges, power plant, oil and gas piping and aircraft operate in a harsh environment during their service life. Structural integrity of engineering components used in these industries is paramount for the reliability and economics of operation. Two regression models based on the concept of Gaussian process regression (GPR) and Minimax probability machine regression (MPMR) were developed to predict stress intensity factor range (𝚫K). Both GPR and MPMR are in the frame work of probability distribution. Models were developed by using the fatigue crack growth data in MATLAB by appropriately modifying the tools. Fatigue crack growth experiments were carried out on Eccentrically-loaded Single Edge notch Tension (ESE(T)) specimens made of API 5L X65 Grade steel in inert and corrosive environments (2.0% and 3.5% NaCl). The experiments were carried out under constant amplitude cyclic loading with a stress ratio of 0.1 and 5.0 Hz frequency (inert environment), 0.5 Hz frequency (corrosive environment). Crack growth rate (da/dN) and stress intensity factor range (𝚫K) values were evaluated at incremental values of loading cycle and crack length. About 70 to 75% of the data has been used for training and the remaining for validation of the models. It is observed that the predicted SIF range is in good agreement with the corresponding experimental observations. Further, the performance of the models was assessed with several statistical parameters, namely, Root Mean Square Error (RMSE), Mean Absolute Error (MAE), Coefficient of Efficiency (E), Root Mean Square Error to Observation's Standard Deviation Ratio (RSR), Normalized Mean Bias Error (NMBE), Performance Index (ρ) and Variance Account Factor (VAF).
Park, Chan-Sol;Kim, Kee-Dong;Han, Taek-Hee;Latif, Abdul;Kim, Doo-Kie
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.26
no.6
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pp.222-229
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2022
The extensive use of external prestressing system with PSC-I beam to strengthen reinforced and prestressed concrete members requires the full understanding of the behavior of the strengthened members. The main approach of this research was to experimentally investigate the flexural performance of the PSC-I beam considering external tendon and an equation was developed which indicated the produced incremental stress in the tendon due to applied load. Further, this equation was verified through performing static loading tests on two experimental specimens considering the presence or absence of external tendon. The test results revealed that, the flexural performance enhanced due to the use of external tendon. Moreover, the magnitude of the estimated flexural strength using proposed stress increasing equation almost coincides with the experimental test results. However, it was the evident of the improvement of the flexural performance of the system by reinforcing with the external tendon and also proved that the proposed equation was valid and effective.
A series of centrifuge model tests were conducted to investigate the behavior of piled bridge abutments subjected to lateral soil movements induced by approach embankments. The effect of clay layer depth and the rate of embankment construction on piled bridge abutments are the main focus of this study. Tests were performed for two loading types: (1) incremental loading applied in six lifts to the final embankment height; (2) instant loading corresponding to the final embankment height applied in one lift quickly. A variety of instrumentations such as LVDTs, strain gauges, earth pressure transducers, and pore pressure transducers are installed in designed positions in order to clarify the soil-pile interaction and the short- and long-term behavior for piled bridge abutments adjacent to surcharge loads. Based on the results of a series of centrifuge model tests, the distribution of lateral flow induced by staged embankment construction has trapezoidal distribution. The maximum lateral soil pressure is about 0.75$\gamma$H at surcharge loading stage, and about 0.35 $\gamma$H at over 80% consolidated stage.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2000.02a
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pp.71-78
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2000
SHANSEP method involves the consolidation to stresses in excess of the preconsolidation pressure in order to overcome sample disturbance effect. The concept of SHANSEP is based on an approach to laboratory test which attempts to reproduce the in-situ conditions more closely than is possible in routine tests and evaluates normalized strength parameters for the soil as a function of OCR. But SHANSEP method can be applied only to fairly uniform clay deposits, and is unsuitable for a random deposit. In this study, CK/sub o/U triaxial compression test and incremental loading consolidation test were performed for the application of SHANSEP method on Yangsan clay. During the K/sub o/-consolidation, triaxial specimens were consolidated to stress equal to two times the in-situ vertical effective stress. And for overconsolidated condition, the specimens were swelled to a known vertical effective stress in order to have the desired OCR. With the results of CK/sub o/U triaxial compression test using the block samples, the relationship between c/sub u//σ/sub vc/' and OCR on Yangsan clay was established. For evaluating the undrained shear strength of Yangsan clay with depth, CK/sub o/U triaxial compression test was performed using the piston samples taken from Yangsan site. And also undrained shear strength was analyzed from the in-situ test such as Cone Penetration Test(CPT), Dilatometer Test(DMT), and Field Vane Test(FVT) and was compared with that of CK/sub o/U triaxial compression test.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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