The ancient underground cities are a collection of self-supporting spaces that have been manually excavated in the soil or rock in the past. Because these structures have a very high cultural value due to their age, the study of their stability under the influence of natural hazards, such as earthquakes, is very important. In this research, while introducing the underground city of Ouyi Nushabad located in the center of Iran as one of the largest man-made underground cities of the old world, the analysis of dynamic stability is performed. For this purpose, the dynamic stress-displacement analysis has been performed through numerical modeling using the finite element software PLAXIS. At this stage, by simulating the Khorgo earthquake as one of the large-scale earthquakes that occurred in Iran, with a magnitude of 6.9 on the Richter scale, dynamic analysis by time history method has been performed on three selected sections of underground spaces. This study shows that the maximum amount of horizontal and vertical dynamic displacement is 12.9 cm and 17.7 cm, respectively, which was obtained in section 2. The comparison of the results shows that by increasing the cross-sectional area of the excavation, especially the distance between the roof and the floor, in addition to increasing the amount of horizontal and vertical dynamic displacement, the obtained maximum acceleration is intensified compared to the mapping acceleration applied to the model floor. Therefore, preventive actions should be taken to stabilize the excavations in order to prevent damage caused by a possible earthquake.
Gunaydin, Murat;Adanur, Suleyman;Altunisik, Ahmet Can;Sevim, Baris;Turker, Emel
Steel and Composite Structures
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v.17
no.4
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pp.405-429
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2014
In this paper, it is aimed to determine the structural behavior of suspension bridges considering construction stages and different soil conditions. Bosporus Suspension Bridge connecting the Europe and Asia in Istanbul is selected as an example. Finite element model of the bridge is constituted using SAP2000 program considering existing drawings. Geometric nonlinearities are taken into consideration in the analysis using P-Delta large displacement criterion. The time dependent material strength of steel and concrete and geometric variations is included in the analysis. Time dependent material properties are considered as compressive strength, aging, shrinkage and creep for concrete, and relaxation for steel. To emphases the soil condition effect on the structural behavior of suspension bridges, each of hard, medium and soft soils are considered in the analysis. The structural behavior of the bridge at different construction stages and different soil conditions has been examined. Two different finite element analyses with and without construction stages are carried out and results are compared with each other. At the end of the analyses, variation of the displacement and internal forces such as bending moment, axial forces and shear forces for bridge deck and towers are given in detail. Also, displacement and stresses for bridge foundation are given with detail. It can be seen from the analyses that there are some differences between both analyses (with and without construction stages) and the results obtained from the construction stages are bigger. It can be stated that the analysis without construction stages cannot give the reliable solutions. In addition, soil condition have effect on the structural behavior of the bridge. So, it is thought that construction stage analysis using time dependent material properties, geometric nonlinearity and soil conditions effects should be considered in order to obtain more realistic structural behavior of suspension bridges.
Park, Byong Kee;Chang, Yong Chai;Park, Jong Cheon;Park, Seon Bae
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.12
no.2
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pp.205-215
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1992
Load tests for fourteen small-scale foundation models combined with geotextile, sand mat and rigid mat were conducted to study the effect of geotextile(G/T), sand mat(S/M), and foundation types on deformation of foundation soils. In addition, the experimental results were compared with those obtained from numerical analysis using a software program. The main conclusions were summarized as follows: 1. The restraint effect on G/T is more outstanding on the lateral displacement than on the vertical one. 2. The single use of S/M has better effect on the restraint of vertical displacement than lateral one. 3. The use of both S/M and G/T is required for the restraint of lateral and vertical displacement. 4. Multi-layered foundation with large rigidity shows similar tendency to that of foundation reinforced with S/M and G/T.
In this study, a constitutive model called the disturbed state concept (DSC) was modified to be applied to the interface shear stress-displacement relationship between geosynthetics. The DSC model is comprised of two reference states, namely the relative intact (RI) and the fully adjusted (FA) state, and one function, namely the disturbance function. This model is a unified approach and can allow for various models as an RI state such as elastic-perfectly plastic model, hierarchical model, and so on. In addition, by using this model, the elastic and plastic displacements can be considered simultaneously. Comparisons between the measured data and predicted results through the parameters determined from four sets of large direct shear tests showed good agreements with each other, especially for the smooth geomembrane-involved interface. Although there are slight differences at peak shear strength for textured geomembrane-involved interface, this model can still be useful to predict the position of displacement at peak strength and the large displacement (or residual) shear strength.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2007.11a
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pp.1253-1258
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2007
The media transport systems, such as printers, copy machines, facsimiles, ATMs, cameras, etc. have been widely used and being developed rapidly. In the development of those sheet-handling machineries, it is important to predict the static and dynamic behavior of the sheet with a high degree of reliability because the sheets are fed and stacked at such a high speed. Flexible media are very thin, light and flexible, so they behave in geometric nonlinearity with large displacement and large rotation but small strain. In the flexible media analysis, aerodynamic effect from the surrounding air must be included because any small force can make large deformation. In this paper, only the flexible media analysis is performed as early stage of analysis including aerodynamic effect. Through formulations and simulations for total Lagrangian(TL), updated Lagrangian (UL) and co-rotational(CR) method which are widely used for geometric nonlinear analysis, usefulness and reliability of each methods are investigated.
Anandrao, K. Sanjay;Gupta, R.K.;Ramchandran, P.;Rao, G. Venkateswara
Structural Engineering and Mechanics
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v.44
no.3
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pp.339-361
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2012
Large amplitude free vibration and thermal post-buckling of shear flexible Functionally Graded Material (FGM) beams is studied using finite element formulation based on first order Timoshenko beam theory. Classical boundary conditions are considered. The ends are assumed to be axially immovable. The von-Karman type strain-displacement relations are used to account for geometric non-linearity. For all the boundary conditions considered, hardening type of non-linearity is observed. For large amplitude vibration of FGM beams, a comprehensive study has been carried out with various lengths to height ratios, maximum lateral amplitude to radius of gyration ratios, volume fraction exponents and boundary conditions. It is observed that, for FGM beams, the non-linear frequencies are dependent on the sign of the vibration amplitudes. For thermal post-buckling of FGM beams, the effect of shear flexibility on the structural response is discussed in detail for different volume fraction exponents, length to height ratios and boundary conditions. The effect of shear flexibility is observed to be predominant for clamped beam as compared to simply supported beam.
In this study, the effect of in-plane deformations on the dynamic behavior of laminated plates is investigated. For this purpose, the displacement-time and strain-time histories obtained from the large deflection analysis of laminated plates are compared for the cases with and without including in-plane deformations. For the first one, in-plane stiffness and inertia effects are considered when formulating the dynamic response of the laminated composite plate subjected to the blast loading. Then, the problem is solved without considering the in-plane deformations. The geometric nonlinearity effects are taken into account by using the von Karman large deflection theory of thin plates and transverse shear stresses are ignored for both cases. The equations of motion for the plate are derived by the use of the virtual work principle. Approximate solution functions are assumed for the space domain and substituted into the equations of motion. Then, the Galerkin method is used to obtain the nonlinear algebraic differential equations in the time domain. The effects of the magnitude of the blast load, the thickness of the plate and boundary conditions on the in-plane deformations are investigated.
A strategic structure when exposed to direct hit of conventional bomb/projectile are severely damaged because of large amounts of energy released by the impact and penetration of bomb. When massive concrete slabs suffer a direct hit, the energy released during impact and penetration process are able to easily break up large mass of concrete. When over stressed under such impact of bombs, the concrete structure fails showing brittle behavioural nature. This paper is intended to study and suggest the protective measures for structures used for strategic application by adopting a means to dissipate the large quantum of energy released. To quantitatively evaluate the force, displacement and energy in such scenario, a fine numerical model of the proposed layered structure of different combinations was built in ANSYS programme in which tri-nitrotoluene (TNT) explosive was detonated at penetration depth calculated for GP1000 Lbs bomb. The distinct blast mitigation effect of the proposed structure was demonstrated by adopting various layers/barriers created as protective measures for the strategic structure. The calculated result shows that the blast effect on the structure is potentially reduced due to provision of buster slab with sand cushioning provided as protective measure to the main structure. This concept of layered protective measures may be adopted for safeguarding strategic structures such as Domes, Tunnels and Underground Structures.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2010.03a
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pp.188-197
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2010
This paper presents experimental results of a series of 1-g shaking table model tests performed on end-bearing single piles and pile groups to investigate the effect of particle size on the dynamic behavior of soil-pile systems. Two soil-pile models consisting of a single-pile and a $4{\times}2$-pile group were tested twice; first using Jumoonjin sand, and second using Australian Fine sand, which has a smaller particle size. In the case of single-pile models, the lateral displacement was almost within 1% of pile diameter which corresponds to the elastic range of the pile. The back-calculated p-y curves show that the subgrade reaction of the Jumoonjin-sand-model ground was larger than that of the Australian Fine-sand-model ground at the same displacement. This phenomenon means that the stress-strain behavior of Jumoonjin sand was initially stiffer than that of Australian Fine sand. This difference was also confirmed by resonant column tests and compression triaxial tests. And the single pile p-y backbone curves of the Australian fine sand were constructed and compared with those of the Jumoonjin sand. As a result, the stiffness of the p-y backbone curves of Jumunjin sand was larger than those of Australian fine sand. Therefore, using the same p-y curves regardless of particle size can lead to inaccurate results when evaluating dynamic behavior of soil-pile system. In the case of the group-pile models, the lateral displacement was much larger than the elastic range of pile movement at the same test conditions in the single-pile models. The back-calculated p-y curves in the case of group pile models were very similar in both sands because the stiffness difference between the Jumoonjin-sand-model ground and the Australian Fine-sand-model ground was not significantly large at a large strain level, where both sands showed non-linear behavior. According to a series of single pile and group pile test results, the evaluation group pile effect using the p-multiplier can lead to inaccurate results on dynamic behavior of soil-pile system.
The seismic behaviour of reinforced concrete (RC) columns made from high-strength materials was investigated experimentally. Six high-strength concrete specimen columns (1:4 scale), which included three with high-strength stirrups (HSSs) and three with normal-strength stirrups (NSSs), were tested under a combination of high axial and reversed cyclic loads. The effects of stirrup strength and the ratio of transverse reinforcement on the cracking patterns, hysteretic response, strength, stiffness, ductility, energy dissipation and strain of transverse reinforcement were studied. The results indicate that good seismic behaviour of an RC column subjected to high axial compression can be obtained by using a well-shaped stirrup. Stirrup strength had little effect on the lateral bearing capacity. However, the ductility was significantly modified by improving the stirrup strength. When loaded with a large lateral displacement, the strength reduction of NSS specimens was more severe than that of those with HSSs, and increasing the stirrup strength had little effect on the stiffness reduction. The ductility and energy dissipation of specimens with HSSs were superior to those with NSSs. When the ultimate displacement was reached, the core concrete could be effectively restrained by HSSs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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