The Inclined Earth Retaining Structure (IER) is the structure using an integrated system of both front supports and inclined back supports to increase the stability for excavation. The IER is a structurally stable temporary excavation method using the back supports restraining the lateral displacement of the front supports as stabilizing piles. The back supports connected to the front supports significantly reduce the earth pressure acting on both the front wall and the front supports by distributing it to the back supports in order to increase the structural stability. In this study, mechanical behaviors of IER according to the head connection type using fixed- or hinge-connection were found by performing numerical analysis and laboratory model tests in the sandy ground. The maximum lateral displacement of fixed-connection was 88% of that of hinge-connection in the numerical analysis. The lateral displacement of fixed-connection was 7% of that of hinge-connection in the laboratory model test results. Furthermore, the earth pressure of the fixed-connection was 67% of that of the hinge-connection in the shear-strain analysis results of the model ground.
This research was conducted to evaluate the effectiveness of reinforcement for nearly saturated soft clay compaction. The effectiveness was investigated by roller compaction test using nearly saturated clay specimens. The nearly saturated condition was obtained by submerging clay in the water for 12 hours. High water content specimens were compacted in plane strain condition by a steel roller. A specimen was compacted by four 5 cm horizontal layers. Specimens were prepared fur both reinforced and unreinforced cases to evaluate the effectiveness of reinforcement. Used reinforcement is a composite consisted of both woven and non-woven geotextile. The composite usually provides drainage and tensile reinforcement to hi인 water-contented clay so that it increases bearing capacity. Therefore, large compaction load can be applied to reinforced clay and it achieves higher density effectively. The reinforcement also increases compaction efficiency because it reduces the ratio between shear and vertical forces during compaction process. The maximum vertical stress on the base of specimen usually decreased with higher compaction thickness. The reinforcement increases soil stiffness under the compaction roller and it initiates stress concentration. As a result, it maintains higher vertical stress level on the base of specimen that provides better compaction characteristics. Based on test results, it can be concluded that the reinforcement is essential to achieve effective compaction on soft clay.
Reinforced concrete (RC) structures consist of two different materials: concrete and steel bar. The stress transfer behaviour between the two materials through bond plays an important role in the load-carrying capacity of RC structures, especially when they subject to lateral load such as blast and seismic load. Therefore, bond and slip between concrete and reinforcement bar will affect the response of RC structures under such loads. However, in most numerical analyses of blast-induced structural responses, the perfect bond between concrete and steel bar is often assumed. The main reason is that it is very difficult to model bond slip in the commercial finite element software, especially in hydrodynamic codes. In the present study, a one-dimensional slide line contact model in LS-DYNA for modeling sliding of rebar along a string of concrete nodes is creatively used to model the bond slip between concrete and steel bars in RC structures. In order to model the bond slip accurately, a new approach to define the parameters of the one-dimensional slide line model from common pullout test data is proposed. Reliability and accuracy of the proposed approach and the one-dimensional slide line in modelling the bond slip between concrete and steel bar are demonstrated through comparison of numerical results and experimental data. A case study is then carried out to investigate the bond slip effect on numerical analysis of blast-induced responses of a RC column. Parametric studies are also conducted to investigate the effect of bond shear modulus, maximum elastic slip strain, and damage curve exponential coefficient on blast-induced response of RC columns. Finally, recommendations are given for modelling the bond slip in numerical analysis of blast-induced responses of RC columns.
The optimum design of most structural systems used in practice requires considering design variables as discrete quantities. The present paper shows that the linear approximation method is very effective as a tool for the discrete optimum designs of unsymmetric composite laminates. The formulated design problem is subjected to a multiple in-plane loading condition due to shear and axial forces, bending and twisting moments, which is controlled by maximum strain criterion for each of the plys of a composite laminate. As an initial approach, the process of continuous variable optimization by FDM is required only once in operating discrete optimization. The nonlinear discrete optimization problem that has the discrete and continuous variables is transformed into the mixed integer programming problem by SLDP. In numerical examples, the discrete optimum solutions for the unsymmetric composite laminates consisted of six plys according to rotated stacking sequence were found, and then compared the results with the nonlinear branch and bound method to verify the efficiency of present method.
In this study, cyclic loading tests were conducted to assess the seismic performance of cast-in-place (CIP) concrete-filled hollow core precast concrete columns (HPCC) constructed using steel ducts and rubber tubes. The outer shells of HPCC, with a hollow ratio of 47%, were fabricated using steel ducts and rubber tubes, respectively. Two combinations of shear studs & long threaded bars or cross-deformed bars & V-ties were employed to ensure the structural integrity of the old concrete (outer shell) and new CIP concrete. Up to a drift ratio of 3.8%, the hysteresis loop, yielding stiffness, dissipated energy, and equivalent damping ratio of the HPCC specimens were largely comparable to those of the solid columns. Besides the similarities in cyclic load-displacement responses, the strain history of the longitudinal bars and the transverse confinement of the three specimens also exhibited similar patterns. The measured maximum moment exceeded the predicted moment according to ACI 318 by more than 1.03 times. However, the load reduction of the HPCC specimen after reaching peak strength was marginally greater than that of the solid specimen. The energy dissipation and equivalent damping ratios of the HPCC specimens were 20% and 25% lower than those of the solid specimen, respectively. Taking into account the overall results, the structural behavior of HPCC specimens fabricated using steel ducts and rubber tubes is deemed comparable to that of solid columns. Furthermore, it was confirmed that the two combinations for securing structural integrity functioned as expected, and that rubber air-tubes can be effectively used to create well-shaped hollow sections.
AliAsghar Moslemi Beirami;Vadim V. Ponkratov;Amir Ebrahim Akbari Baghal;Barno Abdullaeva;Mohammadali Nasrabadi
Structural Engineering and Mechanics
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v.88
no.2
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pp.159-168
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2023
Cost-effective high precision hybrid elements are presented in a hierarchical form for dynamic analysis of plates. The costs associated with controlling the vibrations of ferromagnetic plates can be minimized by adequate determination of the amount of electric current and magnetic field. In the present study, the effect of magnetic field and electric current on nonlinear vibrations of ferromagnetic plates is investigated. The general form of Lorentz forces and Maxwell's equations have been considered for the first time to present new relationships for electromagnetic interaction forces with ferromagnetic plates. In order to derive the governing nonlinear differential equations, the theory of third-order shear deformations of three-dimensional plates has been applied along with the von Kármán large deformation strain-displacement relations. Afterward, the nonlinear equations are discretized using the Galerkin method, and the effect of various parameters is investigated. According to the results, electric current and magnetic field have different effects on the equivalent stiffness of ferromagnetic plates. As the electric current increases and the magnetic field decreases, the equivalent stiffness of the plate decreases. This is a phenomenon reported here for the first time. Furthermore, the magnetic field has a more significant effect on the steady-state deflection of the plate compared to the electric current. Increasing the magnetic field and electric current by 10-times results in a reduction of about 350% and an increase of 3.8% in the maximum steady-state deflection, respectively. Furthermore, the nonlinear frequency decreases as time passes, and these changes become more intense as the magnetic field increases.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.31
no.1C
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pp.53-63
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2011
This paper investigates the effects of tunnelling-induced ground movements on nearby structures, considering soil-structure interactions of different ground (loose sand, dense sand, soft clay, stiff clay) and construction conditions (ground loss). The response of four-story block structures, which are subjected to tunnelling-induced ground movements, has been investigated in different ground and construction conditions (ground loss) using numerical analysis. The structures for numerical analysis has been modelled using Discrete Element Method (DEM) to have real cracks when the shear and tensile stress exceed the maximum shear and tensile strength. The response of four-story block structures has been investigated with a ground movement magnitude and compared in terms of ground and construction conditions (ground loss) considering the magnitude of deformations and cracks in structures. In addition, the damage levels, which are possibly induced in structures, has been provided in terms of ground and construction conditions (ground loss) using the state of strain damage estimation criterion (Son and Cording, 2005). The results of this study will provide a background for better understandings for controlling and minimizing building damage on nearby structures due to tunnelling-induced ground movements.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.30
no.6C
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pp.255-263
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2010
This paper investigates the effects of tunnelling-induced ground movements on nearby structures, considering soil-structure interactions of different construction (ground loss) and soil characteristics. The response of four-story block structures, which are subjected to tunnelling-induced ground movements, has been investigated in different construction (ground loss) and soil conditions using numerical analysis. The structures for numerical analysis has been modelled using Discrete Element Method (DEM) to have real cracks when the shear and tensile stress exceed the maximum shear and tensile strength. The response of four-story block structures has been investigated with a ground movement magnitude and compared in terms of construction (ground loss) and soil conditions considering the magnitude of deformations and cracks in structures. In addition, the damage levels, which are possibly induced in structures, has been provided in terms of construction (ground loss) and soil conditions using the state of strain damage estimation criterion (Son and Cording, 2005). The results of this study will provide a background for better understandings for controlling and minimizing building damage on nearby structures due to tunnelling-induced ground movements.
This study is focused on the analysis of tunnel behavior to estimate the stability on tunnel design. An estimation method was proposed as a hybrid consideration, which contains the displacement analysis by 3D numerical simulation, the maximum displacement obtained after field measurement, and an assessment of tunnel stability using a deformation analysis proposed by Sakurai(1988, 1997). The points of case study by Sakurai(1988, 1997) were replotted considering his analysis. From the new analysis of the tunnel case study, the trend line for analyzed points is analogized, which curve is divided into stable, unstable and failure zone. To evaluate the estimation method, a special shape of railway tunnel was selected, which are the Inchon international airport rail way connected to subway line 9 in Gimpo, Korea. The point s of upper and below track on the Inchon international airport rail way were satisfied to the stability of tunnel after reinforcing. Also the points shows the higher apparent Young's modulus, which resulted from improvement on shear strength by the micro silica grouting and the supporting of umbrella method. Therefore, if new analysis used, proper tunnel reinforcing method could be selected according to tunnel strain and geological property.
Jo, Cheol-Hyeong;Choe, Jae-Bong;Choe, Gwi-Won;Yun, Gang-Seop;Gang, Seung-Baek
Journal of Biomedical Engineering Research
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v.20
no.1
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pp.37-44
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1999
Because of bone resorption, wear of ultra-high molecular weight polyethylene(UHMWPE) in total knee arthroplasty has been recognized as a major factor in long-term failure of knee implant. The surface damage and the following harmful wear debris of UHMWPE is largely related to contact stress. Most of the previous studies focused on the contact condition only at the articulating surface of UHMWPE. Recently, contact stress at the metal-backing interface has been implicated as one of major factors in UHMWPE wear. Therefore, the purpose of the is study is to investigate the effect of the contact stress for different thickness, conformity friction coefficient, and flexion degree of the UHMWPE component in total knee system, considering the contact conditions at both interfaces. In this study, a two-dimensional non-linear plane strain finite element model was developed. The results showed that the maximum value of von-Mises stress occurred below the articulating surface and the contact stress was lower for the more conforming models. All-polyethylene component showed lower stress distribution than the metal-backed component. With increased friction coefficient on the tibiofemoral contact surface, the maximum shear stress increased about twofold.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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