Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.19
no.2
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pp.143-159
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2017
A probabilistic fragility assessment procedure is developed in this paper to predict risks of damage arising from seismic loading to the two-cell RC box tunnel. Especially, the paper focuses on establishing a simplified methodology to derive fragility curves which are an indispensable ingredient of seismic fragility assessment. In consideration of soil-structure interaction (SSI) effect, the ground response acceleration method for buried structure (GRAMBS) is used in the proposed approach to estimate the dynamic response behavior of the structures. In addition, the damage states of tunnels are identified by conducting the pushover analyses and Latin Hypercube sampling (LHS) technique is employed to consider the uncertainties associated with design variables. To illustrate the concepts described, a numerical analysis is conducted and fragility curves are developed for a large set of artificially generated ground motions satisfying a design spectrum. The seismic fragility curves are represented by two-parameter lognormal distribution function and its two parameters, namely the median and log-standard deviation, are estimated using the maximum likelihood estimates (MLE) method.
Huang, Yonghui;Liu, Airong;Pi, Yong-Lin;Bradford, Mark A.;Fu, Jiyang
Steel and Composite Structures
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v.34
no.1
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pp.1-15
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2020
This paper presents experimental and numerical studies on effects of local damages on the in-plane elastic-plastic buckling and strength of a fixed parabolic steel tubular arch under a vertical load distributed uniformly over its span, which have not been reported in the literature hitherto. The in-plane structural behaviour and strength of ten specimens with different local damages are investigated experimentally. A finite element (FE) model for damaged steel tubular arches is established and is validated by the test results. The FE model is then used to conduct parametric studies on effects of the damage location, depth and length on the strength of steel arches. The experimental results and FE parametric studies show that effects of damages at the arch end on the strength of the arch are more significant than those of damages at other locations of the arch, and that effects of the damage depth on the strength of arches are most significant among those of the damage length. It is also found that the failure modes of a damaged steel tubular arch are much related to its initial geometric imperfections. The experimental results and extensive FE results show that when the effective cross-section considering local damages is used in calculating the modified slenderness of arches, the column bucking curve b in GB50017 or Eurocode3 can be used for assessing the remaining in-plane strength of locally damaged parabolic steel tubular arches under uniform compression. Furthermore, a useful interaction equation for assessing the remaining in-plane strength of damaged steel tubular arches that are subjected to the combined bending and axial compression is also proposed based on the validated FE models. It is shown that the proposed interaction equation can provide lower bound assessments for the remaining strength of damaged arches under in-plane general loading.
In this work, Ag3PO4/In2S3 nanocomposites with low loading of In2S3 (5-15 wt %) are fabricated by two step chemical precipitation approach. The microstructure, composition and improved photoelectrochemical properties of the as-prepared composites are studied by X-ray diffraction pattern (XRD), field emission scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), photocurrent density, EIS and amperometric i-t curve analysis. It is found that most of In2S3 nanoparticles are deposited on the surfaces of Ag3PO4. The as-prepared Ag3PO4/In2S3 composite (10 wt%) is selected and investigated by SEM and TEM, which exhibits special morphology consisting of lager size substrate (Ag3PO4), particles and some nanosheets (In2S3). The introduction of In2S3 is effective at improving the charge separation and transfer efficiency of Ag3PO4/In2S3, resulting in an enhancement of photoelectric behavior. The origin of the enhanced photoelectrochemical activity of the In2S3-modified Ag3PO4 may be due to the improved charge separation, photocurrent stability and oriented electrons transport pathways in environment and energy applications.
BACKGROUND: A large scale of sediment load delivered from watershed causes substantial waterway damages and water quality degradation. Controlling sediment loading requires the knowledge of the soil erosion and sedimentation. The various factors such as watershed size, slope, climate, land use may affect sediment delivery processes. Traditionally sediment delivery ratio prediction equations have been developed by relating watershed characteristics to measured sediment yield divided by predicted gross erosion. However, sediment prediction equations have been developed for only a few regions because of limited sediment data. Besides, little research has been done on the prediction of sediment delivery ratio for asia monsoon period in mountainous watershed. METHODS AND RESULTS: In this study Tank model was expanded and applied for estimating sediment yield to Oship River of east coast. The rainfall-runoff in 2006 was verified using the Tank model and we derived good result between observed and calculated discharge in 2009 at the same conditions. In relation to sediment yield, the sediment delivery rate of 2006 was very high than 2009 regardless of methods for estimating sediment load. It was thought to be affected by heavy rainfall due to the typhoon. CONCLUSION(s): For estimating sediment volume from watershed, long-term monitoring data on discharge and sediment is needed. This model will be able to apply to predict discharge and sediment yield simultaneously in ungauged area. This approach is more effective and less expensive method than the traditional method which needs a lot of data collection.
The feasibility and stability of ORP, pH(mV) and DO as a real-time control parameter for SBR process were evaluated in this study. During operation, NBP(nitrogen break point) and NKP(nitrate knee point), which reveal the biological and chemical changes of pollutants, were clearly observed on ORP and pH(mV)-time profiles, and those control points were easily detected by tracking the moving slope changes(MSC). However, when balance of aeration rate to loading rate, or to OUR(oxygen uptake rate), was not optimally maintained, either false NBP was occurred on ORP and DO curves before the appearance of real NBP or specific NBP feature was disappeared on ORP curve. Under that condition, however, very distinct NBP was found on pH(mV)-time profile, and stable detection of that point was feasible by tracking MSC. These results might mean that pH(mV) is superior real-time control parameter for aerobic process than ORP and DO. Meanwhile, as a real-time control parameter for anoxic process, ORP was very stable and more useful parameter than others. Based on these results, a stable real-time control of process can be achieved by using the ORP and pH(mv) parameters in combination rather than using separately. A complete removal of pollutants could be always ensured with this real-time control technology, despite the variations of wastewater and operation condition, as well as an optimization of treatment time and capacity could be feasible.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.24
no.1
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pp.88-96
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2020
It were found that the heavyweight waste glass can be used as a construction materials including concrete from previous experimental studies. In this study, in order to evaluate the structural behavior of RC members using heavyweight waste glass as fine aggregate, a flexural behavior test was performed. And then, its results were compared with those obtained from non-linear finite element model analysis. From the results, when the heavyweight waste glass as fine aggregate in RC member, the area of compressive crushing and the number of cracks increased, however, the mean of cracking spacing decreased. Also it had reduced the ductility at high loading stage. For this reason, the same analysis method about the RC member using natural sand as fine aggregate did not predict the initial stiffness, yield load and maximum load on the flexural behavior of the RC members using heavyweight waste glass as fine aggregate. On the other hand, when it is analytically implemented the reduction of neutral axis depth due to developed compression crushing, the results of non-linear finite element analysis could be predicted the experimental results, relatively well.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.24
no.1
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pp.97-107
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2020
In this study, finite element analysis was carried out through the finite element analysis program (ANSYS) to investigate the fire resistance of composite columns in fire. Transient heat transfer analysis and static structural analysis were performed according to ASTM E 119 heating curve and axial force ratio 0.7, 0.6, 0.5 by applying stress-strain curves according to temperature, and loading heating experiments were carried out under the same conditions. In addition, the nominal compressive strength of the composite column according to the heating time according to the standard(Eurocode 4) was calculated and expressed as the axial force ratio and compared with the analytical and experimental values. Through the analysis, As a result of finite element analysis, the fire resistance time was 180 minutes and similar value to the experimental value was obtained, whereas the fire resistance time 150 minutes and 60 minutes were derived from the axial force ratios 0.6 and 0.7. In addition, it was confirmed that the fire resistance time according to the axial force ratio calculated according to the reference equation (Eurocode 4) was lower than the actual experimental value. However, it was confirmed that the standard(Eurocode 4) was higher than the experimental value at the axial force ratio of 0.7. Accordingly, it is possible to confirm the fire resistance characteristics(time-axial force ratio relationship) of the SRC column at high axial force, and to use the experimental and anaylsis data of the SRC column as the data for verification based on Eurocode.
A girder height limitation is the critical parameter for rapid construction of bridge deck and construction space limitation especially in urban area such as high population area and high density habitats. A standard post-tensioned I-shaped concrete girder usually demands relatively higher girder height in order to retain sufficient moment arm between compression force and tensile force. To elaborate this issue, a small U-shaped section with wide flanges can be used as a possible replacement of I-shaped standard girder. This prestressed concrete box girder allows more flexible girder height adjustment rather than standard I-shaped post-tensioned girder plus additional torsion resistance benefits of closed section. A 30m-long, 1.7m-high and 3.63m-wide actual small prestressed concrete box girder is designed and a laboratory test for its static behaviors by applying 6,200kN amount of load in the form of 4-point bending test was performed. The load-deflection curve and crack patterns at different loading stage are recorded. In addition, to extracting the dynamic characteristics such as natural frequency and damping ratio of this girder, several excitation tests with artificial mechanical exciter with un-symmetric mass are carried out using operational frequency sweep-up. Nonlinear finite element analysis of this 4 point bending test under monotonic static load is investigated and discussed with aids of concrete damaged plasticity formulation using ABAQUS program.
Azad, Muhammad Muzammil;Kim, Dohoon;Khalid, Salman;Kim, Heung Soo
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.34
no.6
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pp.409-415
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2021
Medical waste management is becoming increasingly important, specifically in light of the current COVID-19 pandemic, as hospitals, clinics, quarantine centers, and medical research institutes are generating tons of medical waste every day. Previously, a traditional incineration process was utilized for managing medical waste, but the lack of landfill sites, and accompanying environmental concerns endanger public health. Consequently, an innovative sterilization shredding system was developed to resolve this problem. In this research, we focused on the design and numerical analysis of a shredding system for hazardous and infectious medical waste, to establish its operational performance. The shredding machine's components were modeled in a CAD application, and finite element analysis (FEA) was conducted using ABAQUS software. Static, fatigue, and dynamic loading conditions were used to analyze the structural stability of the cutting blade. The blade geometry proved to be effective based on the cutting force applied to shred medical waste. The dynamic stability of the structure was verified using modal analysis. Furthermore, an S-N curve was generated using a high cycle fatigue study, to predict the expected life of the cutting blade. Resultantly, an appropriate shredder system was devised to link with a sterilization unit, which could be beneficial in reducing the volume of medical waste and disposal time, thereof, thus eliminating environmental issues, and potential health hazards.
To realize the recycling utilization of waste concrete and alleviate the shortage of resources, 11 specimens of steel reinforced recycled concrete (SRRC) filled circular steel tube columns were designed and manufactured in this study, and the cyclic loading tests on the specimens of columns were also carried out respectively. The hysteretic curves, skeleton curves and performance indicators of columns were obtained and analysed in detail. Besides, the finite element model of columns was established through OpenSees software, which considered the adverse effect of recycled coarse aggregate (RA) replacement rates and the constraint effect of circular steel tube on internal RAC. The numerical calculation curves of columns are in good agreement with the experimental curves, which shows that the numerical model is relatively reasonable. On this basis, a series of nonlinear parameters analysis on the hysteretic behaviors of columns were also investigated. The results are as follows: When the replacement rates of RA increases from 0 to 100%, the peak loads of columns decreases by 7.78% and the ductility decreases slightly. With the increase of axial compression ratio, the bearing capacity of columns increases first and then decreases, but the ductility of columns decreases rapidly. Increasing the wall thickness of circular steel tube is very profitable to improve the bearing capacity and ductility of columns. When the section steel ratio increases from 5.54% to 9.99%, although the bearing capacity of columns is improved, it has no obvious contribution to improve the ductility of columns. With the decrease of shear span ratio, the bearing capacity of columns increases obviously, but the ductility decreases, and the failure mode of columns develops into brittle shear failure. Therefore, in the engineering design of columns, the situation of small shear span ratio (i.e., short columns) should be avoided as far as possible. Based on this, the calculation model on the skeleton curves of columns was established by the theoretical analysis and fitting method, so as to determine the main characteristic points in the model. The effectiveness of skeleton curve model is verified by comparing with the test skeleton curves.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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