This work presents a complete optimal model for trapezoidal combined footings that support a concentric load and moments around of the "X" and "Y" axes in each column to obtain the minimum area and the minimum cost. The model presented in this article considers a pressure diagram that has a linear variation (real pressure) and the equations are not limited to some cases. The classic model takes into account a concentric load and the moment around of the "X" axis (transverse axis) that is applied due to each column, i.e., the resultant force is located at the geometric center of the footing on the "Y" axis (longitudinal axis), and when the concentric load and moments around of the "X" and "Y" axes act on the footing is considered the uniform pressure applied on the contact surface of the footing, and it is the maximum pressure. Four numerical problems are presented to find the optimal design of a trapezoidal combined footing under a concentric load and moments around of the "X" and "Y" axes due to the columns: Case 1 not limited in the direction of the Y axis; Case 2 limited in the direction of the Y axis in column 1; Case 3 limited in the direction of the Y axis in column 2; Case 4 limited in the direction of the Y axis in columns 1 an 2. The complete optimal design in terms of cost optimization for the trapezoidal combined footings can be used for the rectangular combined footings considering the uniform width of the footing in the transversal direction, and also for different reinforced concrete design codes, simply by modifying the resisting capacity equations for moment, for bending shear, and for the punching shear, according to each of the codes.
Yun Jae Kim;Kyeong Soo Ahn;Jin-wook Choe;Jinseok Lim;Sung Woong Choi
Composites Research
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v.37
no.2
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pp.108-114
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2024
Due to the continuously increasing global demand for electricity, the demand for high-voltage submarine cables is also increasing. One of the issues that need to be addressed for submarine cables is the high production cost and expensive laying costs. Submarine cables exposed to the marine environment encounter external forces such as wave and current, leading to issues such as cable damage due to external factors or high maintenance costs in the event of an accident. Therefore, we are preparing for the uncertainty of the submarine environment through many protective materials and protective equipment. In this study, we examined the bending performance of piggyback clamps (PBC) and strap, which are representative protective equipment, in response to the submarine environment through analytical methods. To examine the structural performance of PBC, the bending performance were assessed under the maximum bending moment criterion of 15 kN·m for the flexible protection tube. As a result, it was confirmed that the structural performance regarding the bending moment of both PBC and straps was ensured.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.30
no.4
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pp.324-331
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2024
The height of large car and truck carriers from the keel to the wheel house is 44 ~ 46 m, and as the car-carriers increases in size, it exhibits the 'top heavy' characteristic, where the upper section is heavier than the lower section. This study aims to estimate the maximum outward heel angle of the Golden Ray car-carrier (G-ship) during turning maneuvers for accident investigation and the prevention of similar accidents. The theoretically calculated maximum outward heel is 7.5° (at 19 kn, rudder angle 35°) with a GM of +3.0 m or higher, and 16.7° with a GM of +1.85 m. Meanwhile the experimentally modified maximum outward heel is 10.5° (at 19 kn, rudder angle 35°) with a GM of +3.0 m or higher, and 23.3° with a GM of +1.85 m. The G-ship is maneuvered during an accident at a speed of 13 kn, at starboard rudder angle of 10° to 20°, it changes course from 038°(T) to 105°(T) based on the instructions of the on-board pilot. At this time, the maximum outward heel is estimated to be between 7.8° and 10.9° at the port side, which is 2.2 times higher than the normal outward heel. In the IS code, cargo ships are required to exhibit a minimum GoM of +0.15 m or more. The maneuvered G-ship exhibits a GoM of +1.72 m. It is not maneuvered because it fails to satisfy the international GoM criteria and because its GoM is insufficient to counteract the heeling moment during the maneuver. This study is performed based on accident-investigation results from the Korea Maritime Safety Tribunal and the USCG.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.17
no.10
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pp.331-337
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2016
Several foundation soil conditions below a homogeneous sand slope were assumed and slope stability analyses were conducted to determine the soil condition, in which a stabilizing pile can be used to increase the factor of safety against sliding. The assumed heights of the sand slope were 5m and 10m. For a 5m slope height, a stabilizing pile can be used in the foundation soil with a $15^{\circ}$ internal friction angle and a cohesion of 10kPa. For a 10m slope height, a stabilizing pile can be used in the foundation soil with a $20^{\circ}$ internal friction angle and a cohesion of 10kPa and a stabilizing pile can be used in the foundation soil with a $0^{\circ}$ internal friction angle and 40kPa, 45kPa and 50kPa of cohesion. According to the analysis results of stabilizing pile-reinforced foundation soil, the length of the stabilizing pile and magnitude of the maximum bending moment were strongly affected by the internal friction angle of the foundation soil. The lengths of stabilizing pile, for an internal friction angle of $0^{\circ}$ were 4.6, 8.0 times greater than those with an internal friction angle of $5^{\circ}$. The magnitude of the maximum bending moment of the stabilizing pile for an internal friction angle of $0^{\circ}$ was 24.6 times greater than that for an internal friction angle of $5^{\circ}$. Practically, a stabilizing pile cannot be used for foundation soil with an internal friction angle of $0^{\circ}$. Considering the results derived from this study, the effects of a stabilizing pile can be maximized for soft foundation soil that is embanked with a slow construction speed.
In this study, experimental work has been carried out to investigate the effect of lateral soil movement on passive piles. This paper consists mainly of two parts: the first, performance of a series of laboratory experiments on a single pile and one-row pile groups, and the second, comparison between the measured and the predicted results. In the laboratory experiments, a quadrilateral soil movement profile was imposed on model piles embedded in both sandy soils and weathered soils. The maximum bending moment and pile deflection induced in passive piles were found to be highly dependent on pile stiffness, pile spacing, relative densities and pile head fixity condition. It was shown that the group effect might either increase or decrease the maximum bending moment and pile deflection, depending on the aforementioned influence factors. Based on the results obtained, a spacing-to-diameter ratio of 7.0 seems to be large enough to eliminate the group effect, and a pile in such a case behaves essentially the same as a single pile.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.19
no.3
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pp.542-552
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2018
In this paper, the precast method of a concrete eco-pillar debris barrier was proposed to improve the construct ability and economic efficiency. The performance was validated by experimental and structural analysis. The steel debris barrier has a high construction cost and causes environmental damage with corrosion. The construction of a concrete eco-pillar debris barrier has been increased recently. On the other hand, there are no design standards regarding debris barriers in Korea, and debris barriers are being designed by the experience and sense of engineers. Therefore, in this study, a method to determine the design external forces was proposed and the design was performed by applying a hollow cross-section to the debris barrier. In addition, three types of connection methods of a concrete cantilever column with the maximum bending moment acts were proposed, and validation of the performance of each type was performed with a real-scale experiment. The experimental results showed that the type with loop reinforcement had the highest rigidity and the type with anchorage performance exceeded the maximum bending moment according to the ultimate load. In the manufacturing procedure of mock-up debris barriers, the type with an anchorage-bar was found to have superior construct ability.
Kim, Byung-Il;Kim, Young-Sun;Han, Sang-Jae;Park, Eon-Sang
Journal of the Korean Geosynthetics Society
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v.19
no.3
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pp.9-21
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2020
In this study, the design method of the combined sheet pile was considered in the coastal landfill where sandy and clayey soils are mixed, and the behavior in excavation was analyzed. It was confirmed from the elasto-plastic analysis that the predicted behavior of the temporary facilities of earth retaining differs according to the type of the combined sheet pile method (Built up, Interlocking, Welding) and the analysis method (soldier pile method, continuous wall method). In the case of sheet pile member force, the results of the continuous wall analysis method predicted the most conservative results. When the stress ratio (calculation/allowance) of each member was analyzed based on the maximum member force of the combined sheet pile method, the maximum value was obtained for bending moment in the side pile and combined stress in the case of the strut. As a result of finite element analysis, the member force of the side pile was the largest in the short-term effective stress analysis condition, while the compressive force of the strut was large in the consolidation analysis. When comparing the results of the elasto-plastic analysis and the finite element analysis, the shear force of the side pile and the axial force of the strut were greatly evaluated in the elasto-plastic analysis, and the bending moment of the side pile was the largest in the short-term effective stress condition of the finite element analysis. In addition, the displacement of the side pile was predicted to be greater in the finite element analysis than in the elasto-plastic analysis.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.27
no.1
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pp.46-53
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2023
In this paper, we evaluated the flexural performance of three types of reinforced concrete beams (SHCC-RB, SHCC-SB, SHCC-FRP) strengthened with ordinary steel rebar, very high strength (super strength) rebar, and FRP bars together with strain-hardening cement composite (SHCC). For this purpose, a series of beam specimens were manufactured and four-point load bending experiments were performed. As a result of the experiment, all specimens strengthened with SHCC exhibited tightly controlled flexural microcrakcs with the crack width of less than 100 ㎛. This is mostly due to the material properties of SHCC showing tensile strain hardening properties with multiple microcracks under uniaxial tension. The specimen SHCC-FRP showed lower initial cracking moment and yield flexural strength than SHCC-RB, whereas the maximum flexural strength of SHCC-FRP was superior to that of SHCC-RC. This is because the tensile strength of FRP bars is higher than that of ordinary steel reabr. The initial cracking moment of the beam specimen SHCC-SB was similar to that of SHCC-RB, but the yield flexural strength and maximum flexural strength of SHCC-SB were evaluated to be the highest.
The postbeam joint connection of the existing steel structure moment flexible frame system did not produce sufficient seismic resistance during the earthquakes in Northridge and Kobe, and it sustained brittle fracturing on the joint connection. This study was performed to execute the high-tensile bolt share connection of H-beams web and the full-scale experiment as a parameter of the existing reinforcement of H-flange rib, by making the shape of the existing joint connection. This experiment was performed to determine the extent of the decrease of the number of high-tensile bolts and how to improve workability of the two-phase shear connection of web beam. In addition, this study was performed to enhance the seismic resistant capacity through the enforcement of rib plates. As a result of the experiment of two-phase shear connection of H-beam web and of joint connection to be reinforced by rib plates, the results of this study showed that the initial stiffness, energy-dissipation capacity, and rotational capacity of plasticity was higher than the existing joint connection. As to the rate of increasing the strength and deformation capacity, there were differences between the tension side and compression side because of the position of shear tap. However, as a whole, they have shown excellent seismic resistant capacity. Also, all the test subjects exceeded 4% (rate of delamination), about 0.029 rad (total plastic capacity), and about 130% (maximum strength of joint connection) of fully plastic moment for the original section. Accordingly, this study was considered as it would be available in the design more than the intermediate-level of moment flexible frame.
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.9
no.4
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pp.1-9
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2009
This paper investigates inelastic lateral-torsional buckling of stepped beams subjected to uniformly distributed load and end moments. A three-dimensional finite-element program ABAQUS (2007) and a regression program MINITAB(2006) were used to analytically develop new design equation for singly and doubly stepped beams with simple boundary condition. The flanges of the smaller cross-section in the stepped beams were fixed at 30.48 by 2.54 cm, whereas the width and thickness of the flanges of the larger cross-section varied. The web thickness and height of the beams were kept at 1.65 cm and 88.9 cm, respectively. The ratios of the flange thickness, flange width, and stepped length of beam are considered with analytical parameters. Two groups of 27 cases and 36 cases, respectively, were analyzed for doubly and singly stepped beams in the inelastic buckling range. The combined effects of residual stresses and geometrical imperfection on inelastic lateral-torsional buckling of beams are considered. The distributions of residual stress of the cross-section is same as shown in Pi and Trahair (1995) and the initial geometric imperfection of the beam is set by central displacement equal to 0.1% of the unbraced length of beam. The comparisons between results from proposed equations and the results from finite element analyses were presented in this paper. The maximum differences of two results are of 13% for the doubly stepped beam and 10% for the singly stepped beam. The proposed equations definitely improve current design methods for the inelastic lateral-torsional buckling problem and increase efficiency in building and bridge design.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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