Jimenez, Guillermo A. Lopez;Dias, Daniel;Jenck, Orianne
Geomechanics and Engineering
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v.29
no.2
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pp.155-170
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2022
An accurate analysis of structures supported on soft soils and subjected to seismic loading requires the consideration of the soil-foundation-structure interaction. An important aspect of this interaction lies with the energy dissipation due to soil material damping. Unlike advanced constitutive models that can induce energy loss, the use of simple elastoplastic constitutive models requires additional damping. The frequency dependent Rayleigh damping is a formulation that is frequently used in dynamic analysis. The main concern of this formulation is the correct selection of the target damping ratio and the frequency range where the response is frequency independent. The objective of this study is to investigate the effects of the Rayleigh damping parameters in soil-pile-structure and soil-inclusion-platform-structure systems in the presence of soft soil under seismic loading. Three-dimensional analyses of both systems are carried out using the finite difference software Flac3D. Different values of target damping ratios and minimum frequencies are utilized. Several earthquakes are used to study the influence of different excitation frequencies in the systems. The soil response in terms of accelerations, displacements and strains is obtained. For the rigid elements, the results are presented in terms of bending moments and normal forces. The results show that when the frequency of the input motion is close to the minimum (central) frequency in the Rayleigh damping formulation, the overdamping amount is reduced, and the surface spectral acceleration of the analyzed pile and inclusion systems increases. Thus, the bending moments and normal forces throughout the piles and inclusions also increase.
Dynamic interaction of the ground-foundation-structure must be considered for safety of earthquake resistant design for piles supported structures. The p-y curve, which is proposed in the static load and cyclic load cases, is used for the earthquake resistant design of piles. The p-y curve does not consider dynamic interaction of the ground-foundation-structure on dynamic load cases such as earthquake. Therefore, it is difficult to apply the p-y curve to earthquake resistant design. The dynamic p-y curve by considering dynamic interaction of the ground-foundation-structure has been studied, and researches had same conditions that pile caps were on the ground surface and superstructures were added on pile caps for the simple weight. However, group piles are normally embedded into the ground except for marine structures, so it seems that the embedding the pile cap influences on the dynamic p-y curve of group piles. In this study, the shaking table model test was conducted to confirm dynamic behavior of group piles by the embedded pile cap in the ground. The result showed that dynamic behavior was different between two cases by embedding the pile cap or not.
Recently, offshore wind farms are increasingly expected, because there are huge resource and large site in offshore. Jeju island has optimum condition for constructing a wind energy farm. Unlike the mainland, Jeju island has stratified structure distribution between rock layers sediments due to volcanic activation. In these case, it can be occur engineering problems in whole structures as well as the safety of foundation as the thickness and distribution of sediment under top rock layer can not support sufficiently the structure. In this paper, the settlement and stress distribution is predicted by numerical analysis when the mono-pile base are constructed on various soft layer between stratified structure. To determine the settlement of the pile foundation supported on stratified rock layer, the geological investigation at the 3 regiions and the results of laboratory experiments of the stratified rock layer is required.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.39
no.6
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pp.789-799
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2019
The settlement hardly occurs in structures supported by pile foundation such as abutment, culvert but a cavity is formed in the lower part of a structure. As a result, soil discharged from the lateral ground to the cavity accelerates the settlement of the lateral ground of the structure, resulting in a larger settlement. Therefore, in order to prevent problems caused by cavity under the structure supported by pile foundation, soil Flow Protector (briefly called 'FLP'), which can be easily installed on the side of structure, was developed. In this study, an laboratory model test was carried out to prove the reduction effect of settlement and to estimate the optimal installation length of the FLP. As a result, the installation of the FLP reduced the settlement of the lateral ground and prevented the leakage of lateral ground soil into the cavity. If the stiffness of the FLP is small, the state or active earth pressure is generated in the upper part, which is not favorable for stability. But if the stiffness of the FLP is high enough, the passive earth pressure area is generated in the upper part, which will be advantageous for the stability. Also, the increased installation length of FLP is effective to reduce the settlement. And the ratio of the optimal length of the FLP to the box structure height (H = 250 mm) are flexible FLP 1.38, stiff FLP 0.73.
Structures that have constructed in soft clay might suffer from many issues related to consolidation settlement or lateral movement of soft-clay during long-term period. Therefore, it is important to establish proper design and construction processes related to site investigation, soil improvement, construction management, and so on. This case study focused on the construction of the rahmen structure supported by pile foundations. Especially, the structure in this case had been constructed without improving underlying soft clay and before constructing backfill embankment due to the limited construction time and the traffic connection of the old road crossing new highway. Therefore, in order to satisfy the structural stability, the construction processes and countermeasure methods were carefully planned based on the results of preliminary numerical analyses and monitoring of ground behaviors. Through the trial and error precess during the construction, the structures had been successfully constructed.
Kim, Jayoung;Im, Jong-Chul;Seo, Minsu;Kim, Changyoung;Park, Eun Kyeong;Park, Tae Keon
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.33
no.10
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pp.15-24
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2017
A self-supported temporary excavation method called Inclined Earth Retaining structure (IER) has been developed by improving an existing excavation method. The stability of the IER was proved with both model tests and field tests. Especially, the results of the model tests proved that the lateral displacement of a model retaining wall was significantly reduced in clay. In this study, the applicability of the IER installed in the soft clay ground is estimated by analyzing survey data collected in the construction field. The results of FE analysis show that the lateral displacement of the IER decreased by 70.9% of that of a single row, self-supported retaining wall using the same number of H-piles. Thus, using the IER method in the soft clay ground will increase the stability of the excavated ground with the effect restraining its lateral displacement. Furthermore, using Deep Cement Mixing (DCM) to the upper half embedded depth of front support is recommended as a subsidiary method of reducing the lateral displacement of IER in the soft clay ground based on FE analysis results.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.20
no.1
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pp.83-97
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2018
Tunnels are widely used for special purposes including roads, railways and culvert for power transmission, etc. Its cross-section shape is determined by uses, ground condition, environmental or economic factor. Many papers with respect to behaviours of adjacent ground and existing structure tunnelling-induced have been published by many researchers, but tunnel cross-section have rarely been considered. A collapse of tunnel causes vaster human and property damage than structures on the ground. Thus, it is very important to understand and analyse the relationship between behavoiurs of ground and cross-section type of tunnel. In this study, the behaviour of ground due to tunnel excavation for underground station below the grouped pile supported existing structure was analysed through laboratory model test using a trap-door device. Not only two cross-section types, 2-arch and box, as station for tunnel, but also, offset between tunnel and grouped pile centre (0.1B, 0.25B, 0.4B) are considered as variable of this study. In order to measure underground deformation tunnelling-induced, Close Range Photogrammetry technique was applied with laboratory model test, and results are compared to numerical analysis.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.32
no.6
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pp.367-374
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2019
We investigate the effect of soil-structure interaction (SSI) on the response of LNG storage tanks to vertical seismic excitation depending on the type of foundation. An LNG storage tank with a diameter of 71 m on a clay layer with a thickness of 30 m upon bedrock, was selected as an example. The nonlinear behavior of the soil was considered in an equivalent linear method. Four types of foundation were considered, including shallow, piled raft, and pile foundations (surface and floating types). In addition, the effect of soil compaction within the group pile on the seismic response of the tank was investigated. KIESSI-3D, an analysis package in the frequency domain, was used to study the SSI and the stress in the outer tank was calculated. Based on an analysis of the numerical results, we arrived at three main conclusions: (1) for a shallow foundation, the vertical stress in the outer tank is less than the fixed base response due to the SSI effect; (2) for foundations supported by piles, the vertical stress can be greater than the fixed base stress due to the increase in the vertical impedance due to the piles and the decrease in radiation damping; and (3) soil compaction had a miniscule impact on the seismic response of the outer tank.
Dhar, Sreya;Ozcebe, Ali Guney;Dasgupta, Kaustubh;Petrini, Lorenza;Paolucci, Roberto
Earthquakes and Structures
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v.17
no.4
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pp.373-385
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2019
In this article, different frequently adopted modeling aspects of linear and nonlinear dynamic soil-structure interaction (SSI) are studied on a pile-supported integral abutment bridge structure using the open-source platform OpenSees (McKenna et al. 2000, Mazzoni et al. 2007, McKenna and Fenves 2008) for a 2D domain. Analyzed approaches are as follows: (i) free field input at the base of fixed base bridge; (ii) SSI input at the base of fixed base bridge; (iii) SSI model with two dimensional quadrilateral soil elements interacting with bridge and incident input motion propagating upwards at model bottom boundary (with and without considering the effect of abutment backfill response); (iv) simplified SSI model by idealizing the interaction between structural and soil elements through nonlinear springs (with and without considering the effect of abutment backfill response). Salient conclusions of this paper include: (i) free-field motions may differ significantly from those computed at the base of the bridge foundations, thus put a significant bias on the inertial component of SSI; (ii) conventional modeling of SSI through series of soil springs and dashpot system seems to stay on the safer side under dynamic conditions when one considers the seismic actions on the structure by considering a fully coupled SSI model; (iii) consideration of abutment-backfill in the SSI model positively affects the general response of the bridge, as a result of large passive resistance that may develop behind the abutments.
The paper presents a case study in which the structural condition assessment of the East Bay bridge in Gibsonton, Florida is evaluated with the help of remote health monitoring techniques. The bridge is a four-span, continuous, deck-type reinforced concrete structure supported on prestressed pile bents, and is instrumented with smart Fiber Optic Sensors. The sensors used for remote health monitoring are the newly emerged Fabry-Perot (FP), and are both surface-mounted and embedded in the deck. The sensing system can be accessed remotely through fast Digital Subscriber Lines (DSL), which permits the evaluation of the bridge behavior under live traffic loads. The bridge was open to traffic since March 2005, and the collected structural data have been continuously analyzed since. The data revealed an increase in strain readings, which suggests a progression in damage. Recent visual observations also indicated the presence of longitudinal cracks along the bridge length. After the formation of these cracks, the sensors readings were analyzed and used to extrapolate the values of the maximum stresses at the crack location. The data obtained were also compared to initial design values of the bridge under factored gravity and live loads. The study showed that the proposed structural health monitoring technique proved to provide an efficient mean for condition assessment of bridge structures providing it is implemented and analyzed with care.
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