Recently, construction activities in reclaimed onshore areas increase in our country In this case, the stability evaluation of the piles for negative skin friction is an important factor for the design of pile foundation in soft grounds. Nevertheless, the design of piles for negative skin friction (or downdrag forces) is probably poorly understood by many geotechnical engineers. It is mainly because only the bearing capacity aspect is taken into account for the downdrag evaluation of piles in most of design specifications. However, the problems fur negative skin friction of piles are mostly related with settlement rather than bearing capacity Meanwhile, LRFD (Load Resistance Factor Design) approach considers both ultimate limit state in terms of bearing capacity and serviceability limit state in terms of settlements. This paper proposes LRFD approach for the downdrag evaluation of piles and compares this approach to traditional design approach. And also a case history is analyzed. Through the analysis some suggestions to solve the problems for the design of piles for negative skin friction are suggested.
Friction and wear properties of brake friction materials containing different metal fibers (Al, Cu or Steel fibers) were investigated. Based on a simple experimental formulation, friction materials with the same amount of metal fibers were tested using a pad-on-disk type friction tester. Two different materials (gray cast iron and aluminum metal matrix composite (MMC)) were used for disks rubbing against the friction materials. Results front ambient temperature tests revealed that the friction material containing Cu fibers sliding against gray cast iron disk showed a distinct negative $\mu$-v (friction coefficient vs. sliding velocity) relation implying possible stick-slip generation at low speeds. The negative $\mu$- v relation was not observed when the Cu-containing friction materials were rubbed against the Al-MMC counter surface. Elevated temperature tests showed that the friction level and the intensity of friction force oscillation were strongly affected by the thermal conductivity and melting temperature of metallic ingredients of the friction couple. Friction materials slid against cast iron disks exhibited higher friction coefficients than Al-MMC (metal matrix composite) disks during high temperature tests. On the other hand, high temperature test results suggested that copper fibers in the friction material improved fade resistance and that steel fibers were not compatible with Al-MMC disks showing severe material transfer and erratic friction behavior during sliding at elevated temperatures.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.39
no.12
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pp.1251-1256
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2015
This study investigates the friction noise characteristic in relation to the corrosion of metal by using the frictional reciprocating and pin-on-disk system. From the experiments, it is found that the corrosion of metal advances the onset time and increases the magnitude of friction noise. Further, it is observed that the effect of corrosion on friction noise stems from the alteration of tribo-surface during repetitive frictional motion. The alteration of the corrosive contact surface induces a negative friction-velocity slope, by which the corrosion of metal can generate dynamic instability faster than non-corrosion of metal.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.15
no.3
s.96
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pp.259-265
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2005
A two-degree-of-freedom out-of-plane model with contact stiffness is presented to describe dynamical interaction between the pad and disc of a disc brake system. It is assumed that the out-of-plane motion of the system depends on the friction force acting along the in-plane direction. Dynamic friction coefficient is modelled as a function of both in-plane relative velocity and out-of-plane normal force. When the friction coefficient depends only on the relative velocity, the contact stiffness has the role of negative stiffness. The results of stability analysis show that the stiffness of both pad and disc is equally important. Complex eigen value analysis is conducted for the case that the friction coefficient is also dependent on the normal force. The results further verify the importance of the stiffness. It has also been found that increasing the gradient of friction coefficient with respect to the normal force makes the system more unstable.
Kim, Sung-Hee;Jeon, Young-Jin;Kim, Jeong-Sub;Lee, Cheol-Ju
Journal of the Korean GEO-environmental Society
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v.18
no.5
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pp.5-16
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2017
In the present work, a number of advanced three-dimensional (3D) parametric finite element numerical analyses have been conducted to study the behaviour of a single pile in consolidating ground from coupled consolidation analyses. A single pile with typical minimum and maximum ranges of fill height and clay stiffness has been modelled. The computed results demonstrate that the higher the height of the fill above the clay surface and the smaller the stiffness of the clay, the higher the dragloads and the negative skin friction-induced pile settlements. It has been found that the development of dragloads and pile settlement is more governed by the stiffness of the clay rather than the height of the fill. Positive shaft resistance is mobilised only after the average degree of consolidation is larger than 50%. Although the pile is installed when the degree of consolidation is 50% or more, relatively large negative skin friction can nevertheless develop on the pile. On the other hand, when a load is applied on the pile experiencing an increase in the negative skin friction with time during consolidation, the pile undergoes a large increase in the final settlement of up to 95% compared to that of a pile without axial load on the pile head. The allowable pile capacity when there is negative skin friction on the pile is reduced by about 4-11% compared to a pile without negative skin friction.
A fundamental study of the pile-soil systems subjected to negative skin friction in soft soil was conducted using the long-term field measurements. The emphasis was on the identification of the magnitude and distribution of skin frictions ($\alpha$ and $\beta$ coefficients) in bitumen coated and uncoated piles. A skin friction coefficient of instrumented piles is back-calculated by varying degrees of consolidation (U) of surrounding soils. It is shown that the bitumen coated pile is capable of reducing the negative skin friction up to almost 50 to 90 percents. Through comparisons with the existing friction coefficient values ($\alpha$ and $\beta$ coefficients), the calculated coefficients are within the appropriate range, and thus we can suggest basic materials to estimate the realistic pile behavior in the short-term and long-term analysis.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2006.03a
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pp.1269-1278
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2006
These days the construction of extra-long piles increases. It is not unusual to install piles whose length exceed 45m. In such cases, the estimated value of negative skin friction becomes larger, often larger than the design load. In order to be sure of the safety of the super structure, the magnitude of the positive skin friction and the base bearing capacity should be known. In practice dynamic pile loading tests using PDA is the only possible measure to meet this requirement. However the analysis of dynamic pile loading test for such extra-long piles requires a thorough understanding of the pile-soil behaviour. In this paper, a new method to evaluate the positive skin friction and end bearing capacity from the normally performed PDA test is proposed. The proposed method was verified by performing specially designed pilot testings.
Ground in extremely cold and hot regions can sink by various environmental factors. Ground settlement can generate the negative skin friction to pile shaft, increase the base load of pile, and cut the stability of the pile. This study proposed a member responding ground deformation which can be inserted inside the pile. The member slightly compresses according to the ground settlement to reduce the negative skin friction. As the member materials, this study considered spring and spring-dashpot. To assess the ability of the member, the present research performed model tests for piles with or without the member within settled ground. In the model tests, the base load, total shaft resistance, and horizontal earth pressure were monitored and analyzed. Experimental results show that the pile with spring member can reduce the negative skin friction under small settlement conditions whereas it acts similar to the pile without the member under large settlement conditions as the spring was no longer compressed. However, the pile with the spring-dashpot member can reduce the negative skin friction continuously upon the ground settlement as the dashpot delays the load transfer to the spring and locates friction force on the unloading path.
In this study, we experimentally investigate the possibility of skin-friction drag reduction by series of transverse cavities in a turbulent boundary layer flow. The effects of cavity depth (d), cavity length (l) and cavity spacing (s) on the skin friction drag are examined in the range of $Re_{\theta}\;=\;4030\;{\sim}\;7360$, $d/{\theta}_0\;=\;0.13\;{\sim}1.03$, l/d = 1 ~ 4 and s/d = 5 ~ 20. We perform experiments for twenty different cavity geometries and directly measure total drag force using in-house force measurement system. In most cases, the skin friction drag is increased. At several cases, however, small drag reduction is obtained. The variation of the skin ftiction drag is more sensitive to the cavity length than to the cavity depth or cavity spacing, and drag is reduced at $s/l\;{\geq}\;10$ and $l/{\theta}_0\;{\leq}\;0.26$ irrespective of the cavity depth. At $l/\bar{\theta}_0\;=\;0.13$ and s/l = 10, maximum 2% drag reduction is achieved. When the skin friction drag is reduced, there is little interaction between the flows inside and outside cavity, and the flow changed by the cavity is rapidly recovered at the following crest. A stable vortex is formed inside a cavity in the case of drag reduction. This vortex generates negative skin friction drag at the cavity bottom wall. Although there is form drag due to the cavity itself, total drag is reduced due to the negative skin friction drag.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.22
no.12
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pp.1206-1212
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2012
The brake squeal propensity due to the friction-velocity curve is numerically investigated. The finite element models for the disc and pad are correlated with the modal test. In the friction-engaged system modeling, the friction function is linearized at the equilibrium. The damping term induced by friction-velocity slope is incorporated into the equations of motion. In the complex eigenvalue analysis, it is found that the pad shear mode is very sensitive to the friction curve. The results shows that the squeal propensity of the pad shear mode can be controlled by the design parameters such as pressure and stiffness.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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