Reasonable estimates of tunnel lining dislocations in the operation stage, especially under longitudinal differential settlement, are important for the design of waterproof gaskets. In this paper, a modified shell-joint model is proposed to calculate shield tunnel dislocations under longitudinal differential settlement, with the ability to consider the nonlinear shear stiffness of the joint. In the case of shell elements in the model, an elastoplastic damage constitutive model was adopted to describe the nonlinear stress-strain relationship of concrete. After verifying its applicability and correctness against a full-scale tunnel test and a joint shear test, the proposed model was used to analyze the dislocation behaviors of a shield tunnel in Shanghai Metro Line 2 under longitudinal differential settlement. Based on the results, when the tunnel structure is solely subjected to water-earth load, circumferential and longitudinal joint dislocations are all less than 0.1 mm. When the tunnel suffers longitudinal differential settlement and the curvature radius of the differential settlement is less than 300 m, although maximum longitudinal joint dislocation is still less than 0.1 mm, the maximum circumferential joint dislocation is approximately 10.3 mm, which leads to leakage and damage of the tunnel structure. However, with concavo-convex tenons applied to circumferential joints, the maximum dislocation value reduces to 4.5 mm.
In this study, the numerical analysis model for fatigue life prediction of welded structures are presented. In order to evaluate the structural degradation of welded structures due to fatigue loading, continuum damage mechanics approach is applied. Damage evolution equation of welded structures under arbitrary fatigue loading is constructed as a unified plasticity-damage theory. Moreover, by integration of damage evolution equation regarding to stress amplitude and number of cycles, the simplified fatigue life prediction model is derived. The proposed model is compared with fatigue test results of T-joint welded structures to obtain its validation and usefulness. It is confirmed that the predicted fatigue life of T-joint welded structures are coincided well with the fatigue test results.
The roughness of rock joint is one of the most important parameters in developing the shear resistance and the tendency of dilation. Due to the damage accumulated with shearing displacement, the roughness angle is lowered continuously. It is known that dilation, shear strength hardening, and softening are directly related to the degradation of asperities. Much effort has been directed to incorporate the complicated damage mechanism of asperities into a constitutive model fur rock joints. This study presents an elasto-plastic formulation of joint behavior including elastic deformability, dilatancy and asperity surface damage. It is postulated that the plastic portion of incremental displacement 7an be decomposed into contributions from both sliding along the asperity surface and damage of asperity. Numerical cyclic shear tests are presented to illustrate th? performance of the derived incremental stress-displacement relation. A laboratory cyclic shear test is also simulated. Numerical examples reveal that the elasto-plastic joints model is promising.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.31
no.1
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pp.8-17
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2003
The butt lap joint structures which are usually designed by the concept of slow crack growth damage tolerance, show frequently the behaviors of multiple site fatigue crack growth around the fastener hole edges due to the fretting between the two jointed parts. In this paper, experimental tests of fatigue crack growth have been performed of a bolted butt lap joint structure having an initial corner crack at the fastener hole edge, with different fretting conditions under a flight load spectrum. The obtained test results were reviewed to investigate the effects of fretting fatigue cracks on the damage tolerance crack growth life. Computations of corner crack growth were also carried out using an existed model to compare with test results.
Jung Hee Lee ;bragimov Eldor ;Heungbae Gil ;Jong-Jae Lee
Smart Structures and Systems
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v.32
no.5
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pp.309-318
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2023
The appropriate maintenance of highway roads is critical for the safe operation of road networks and conserves maintenance costs. Multiple methods have been developed to investigate the surface of roads for various types of cracks and potholes, among other damage. Like road surface damage, the condition of expansion joints in concrete pavement is important to avoid unexpected hazardous situations. Thus, in this study, a new system is proposed for autonomous expansion joint monitoring using a vision-based system. The system consists of the following three key parts: (1) a camera-mounted vehicle, (2) indication marks on the expansion joints, and (3) a deep learning-based automatic evaluation algorithm. With paired marks indicating the expansion joints in a concrete pavement, they can be automatically detected. An inspection vehicle is equipped with an action camera that acquires images of the expansion joints in the road. You Only Look Once (YOLO) automatically detects the expansion joints with indication marks, which has a performance accuracy of 95%. The width of the detected expansion joint is calculated using an image processing algorithm. Based on the calculated width, the expansion joint is classified into the following two types: normal and dangerous. The obtained results demonstrate that the proposed system is very efficient in terms of speed and accuracy.
This paper describes a smart structural system, which uses smart materials for real-time monitoring and active control of bolted-joints in steel structures. The goal of this research is to reduce the possibility of failure and the cost of maintenance of steel structures such as bridges, electricity pylons, steel lattice towers and so on. The concept of the smart structural system combines impedance based health monitoring techniques with a shape memory alloy (SMA) washer to restore the tension of the loosened bolt. The impedance-based structural health monitoring (SHM) techniques were used to detect loosened bolts in bolted-joints. By comparing electrical impedance signatures measured from a potentially damage structure with baseline data obtained from the pristine structure, the bolt loosening damage could be detected. An outlier analysis, using generalized extreme value (GEV) distribution, providing optimal decision boundaries, has been carried out for more systematic damage detection. Once the loosening damage was detected in the bolted joint, the external heater, which was bonded to the SMA washer, actuated the washer. Then, the heated SMA washer expanded axially and adjusted the bolt tension to restore the lost torque. Additionally, temperature variation due to the heater was compensated by applying the effective frequency shift (EFS) algorithm to improve the performance of the diagnostic results. An experimental study was conducted by integrating the piezoelectric material based structural health monitoring and the SMA-based active control function on a bolted joint, after which the performance of the smart 'self-monitoring and self-healing bolted joint system' was demonstrated.
Fillet welding is widely used in the assembly of ships and offshore structures. The T-joint configuration is frequently reported to experience fatigue damage when a marine structure meets extreme loads such as storm loads. Fatigue damage is affected by the magnitude of residual stresses on the weld. Recently, many shipping registers and design guides have required that the fatigue strength assessment procedure of seagoing structures under wave-induced random loading and storm loading be compensated based on the effect of residual stresses. We propose a computational procedure to analyze the residual stresses in a T-joint. Residual stresses are measured by the X-ray diffraction (XRD) method, and a 3-D finite element analysis (FEA) is performed to obtain the residual stress profile in the T-joint. The proposed finite element model is validated by comparing experiments with computational results, and the characteristics of the residual stresses in the T-joint are discussed.
Deficient beam-column joints of reinforced concrete (RC) structures designed to older practices and codes often lead to destructive local or global failures. A strengthening technique for these joints based on the use of the new and innovative Carbon-FRP (C-FRP) ropes is presented and investigated. The C-FRP ropes are diagonally placed in superficial notches on the two sides of the joint. Two full scale external substandard joint subassemblages with the same characteristics, one unstrengthened and one strengthened with diagonally applied C-FRP ropes, are constructed and tested in cyclic loading. Special attention has been given to the elaboration of the acquired test measurements. The extracted conclusions are based on the comparative study of the hysteretic responses of the specimens, the observed maximum load envelopes, the comparisons of the joint body shear deformations as measured using diagonally mounted LVTDs, the calculated nominal principal stresses developed in the joint regions, the assessed joint damage as expressed by the damage index by Park and Ang and finally the calculated values of the equivalent damping ratio. From these comparisons it is concluded that application of diagonally mounted C-FRP ropes on the two sides of the joint body of exterior connections is an efficient easy-to-apply technique for the strengthening of substandard RC joints.
Asphalt Plug Joint(APJ) is an buried expansion joint that enabling the smooth connection of expansion gap and road pavement by filling the gap with bituminous mixture of 20% bitumen and 80% aggregate by weight, so it secures evenness and expansion or contraction using the material's properties. Although APJ is designed to have a 6-7 year lifecycle, there are some cases where it is damaged within the first six months. This early damage cause traffic congestion due to frequent repair works, and social cost exceeding the installation cost of the joint. So, in this research, we have developed a new system of Buried Folding Lattice Joint(BFLJ) which can overcome the disadvantages of APJ, and have analyzed and compared it's performance with the conventional APJ through experiment with specimens. As a result of the experiment, APJ had crack formation on both ends of the gap plate, spreading to the surface of the expansion joint. With this result, we can conclude that the reason for early damage is the tension failure due to the concentration of strain in the asphalt mixture along the end of gap plate and the debonding along the joint section. In contrast, the newly developed BFLJ induced even transformation in the joint by applying moving stud and high performance material, and resolved APJ's disadvantage of strain concentration. Therefore, it could be seen that the newly developed BFLJ could overcome the disadvantages of APJ and prevent early damage.
The Damage Tolerant Design is developed to help alleviate structural failure and cracking problems in aerospace structures. Recently, the Damage Tolerant Design is required and recommended for most of aircraft design. In this paper, the damage tolerant design is applied to tilt rotor UAV. First of all, the fatigue load spectrum for the tilt rotor UAV is developed and fatigue analysis is performed for the flaperon joint which has FCL (fatigue critical location). Tilt rotor UAV has two modes: helicopter mode when UAV is taking off and landing; fixed wing mode when the tilt rotor UAV is cruising. To make fatigue load spectrum, FELIX is used for helicopter mode. TWIST is used for fixed wing mode. Fatigue analysis of flaperon joint is performed using fatigue load spectrum. E-N curve approach is used for picking crack initiation point. The LEFM(Linear Elastic Fracture Method) is considered for analyzing crack growth or propagation. Finally, including the crack initiation and propagation, the fatigue life is evaluated. Therefore the Damage Tolerant Design can be done.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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