This paper presents an investigation on bearing capacity, load-settlement behavior and safety factor of rock-soil slopes reinforced using geogrid-box method (GBM). To this end, small-scale laboratory studies were carried out to study the load-settlement response of a circular footing resting on unreinforced and reinforced rock-soil slopes. Several parameters including unit weight of rock-soil materials (loose- and dense-packing modes), slope height, location of footing relative to the slope crest, and geogrid tensile strength were studied. A series of finite element analysis were conducted using ABAQUS software to predict the bearing capacity behavior of slopes. Limit equilibrium and finite element analysis were also performed using commercially available software SLIDE and ABAQUS, respectively to calculate the safety factor. It was found that stabilization of rock-soil slopes using GBM significantly improves the bearing capacity and settlement behavior of slopes. It was established that, the displacement contours in the dense-packing mode distribute in a broader and deeper area as compared with the loose-packing mode, which results in higher ultimate bearing load. Moreover, it was found that in the loose-packing mode an increase in the vertical pressure load is accompanied with an increase in the soil settlement, while in the dense-packing mode the load-settlement curves show a pronounced peak. Comparison of bearing capacity ratios for the dense- and loose-packing modes demonstrated that the maximum benefit of GBM is achieved for rock-soil slopes in loose-packing mode. It was also found that by increasing the slope height, both the initial stiffness and the bearing load decreases. The results indicated a significant increase in the ultimate bearing load as the distance of the footing to the slope crest increases. For all the cases, a good agreement between the laboratory and numerical results was observed.
The lightweight superstructure is beneficial for bridges in remote areas and emergency erection. In such weight-sensitive applications, the combination of fiber-reinforced polymer (FRP) as a material and box-beams as a structural system have enormous scope. This combination offers various advantages, but as a thin-walled structure, their designs are often governed by buckling criteria. FRP box-beams lose their stability either by flange or web buckling mode. In this paper, the web buckling behavior of simply supported FRP box-beam subjected to transverse load has been studied by modeling full box-beam to consider the effect of real state of stress (stress variation in length direction) and boundary conditions (rotational restraint at web-flange junction). A parametric study by varying the sectional geometry and fiber orientation is carried out by using ANSYS software. The accuracy of the FE models was ensured by verifying them against the available results provided in the literature. With the help of developed database the influential parameters (i.e., αs, βw, δw and γ) affecting the web bucklings are identified. Design trends have been developed which will be helpful to the designers in the preliminary stage. Finally, the importance of governing parameters and design trends are demonstrated through pedestrian bridge design.
Mozhdeh Dehshirizadeh;Abolfazl Eslami;Mehdi Khodadad Sar-Yazdi;Hamid R. Ronagh
Structural Engineering and Mechanics
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v.90
no.2
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pp.127-142
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2024
In recent decades, pultruded glass fiber-reinforced polymer (GFRP) members including those of box sections have attracted the attention of researchers. Nevertheless, the lack of uniform and consistent material properties, simplified design methods, and practical design codes have so far been the main barrier for field applications. Consequently, this paper highlights the existing knowledge concerning the flexural behavior of pultruded GFRP profiles and their failure modes. In particulate, it reviews the most commonly accepted design expressions and code provisions addressing the flange local buckling of pultruded GFRP box beams as the most likely failure mode. In addition, the material characterization of GFRP sections is described in detail along with the standard test methods to quantify the material characterization of GFRP laminates. It is shown that the critical flange local buckling stresses of pultruded GFRP box beams can be predicted with reliable accuracy using the expressions promulgated by ASCE (1984) (in which the flange plates are considered simply-supported at web-flange junction) and EUR 27666. The expressions stipulated in ASCE (2010) highly overestimates the critical flange local buckling stresses of GFRP box beams resulting in unconservative predictions.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.6
no.2
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pp.100-107
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2018
The material and geometrical nonlinear finite elment analysis of UHPFRC 50M composite box girder was carried out. Constitute law in tension and compressive region of UHPFRC and HPC were modeled based on specimen test. The accuracy of nonlinear FEM analysis was verified by the experimental result of UHPFRC 50M composite girder. The UHPFRC 50M segmental composite box girder which has 1.5% steel fiber of volume fraction, 135MPa compressive strength and 18MPa tensile strength was tested. The post-tensioned UHPFRC composite girder consisted of three segment UHPFRC U-girder and High Strength Concrete reinforced slab. The parts of UHPFRC girder were modeled by 8nodes hexahedron elements and reinforcement bars and tendons were built by 2nodes linear elements by Midas FEA software. The constitutive laws of concrete materials were selected Multi-linear model both of tension and compression function under total strain crack model, which was included in classifying of smeared crack model. The nonlinearity of reinforcement elements and tendon was simulated by Von Mises criteria. The nonlinear static analysis was applied by incremental-iteration method with convergence criteria of Newton-Raphson. The validation of numerical analysis was verified by comparison with experimental result and numerical analysis result of load-deflection response, neutral axis coordinate change, and cracking pattern of girder. The load-deflection response was fitted very well with comparison to the experimental result. The finite element analysis is seen to satisfactorily predict flexural behavioral responses of post-tensioned, reinforced UHPFRC composite box girder.
Choi, Bo Hwan;Jang, Gi Chan;Shin, Sung Min;Lee, Soo Ill;Kang, Hyun Gook;Rim, Chun Taek
Nuclear Engineering and Technology
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v.48
no.5
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pp.1206-1218
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2016
This article proposes a highly reliable power and communication system that guarantees the protection of essential instruments in a nuclear power plant under a severe accident. Both power and communication lines are established with not only conventional wired channels, but also the proposed wireless channels for emergency reserve. An inductive power transfer system is selected due to its robust power transfer characteristics under high temperature, high pressure, and highly humid environments with a large amount of scattered debris after a severe accident. A thermal insulation box and a glass-fiber reinforced plastic box are proposed to protect the essential instruments, including vulnerable electronic circuits, from extremely high temperatures of up to $627^{\circ}C$ and pressure of up to 5 bar. The proposed wireless power and communication system is experimentally verified by an inductive power transfer system prototype having a dipole coil structure and prototype Zigbee modules over a 7-m distance, where both the thermal insulation box and the glass-fiber reinforced plastic box are fabricated and tested using a high-temperature chamber. Moreover, an experiment on the effects of a high radiation environment on various electronic devices is conducted based on the radiation test having a maximum accumulated dose of 27 Mrad.
Yangzhi Ren;Wenjing Guo;Xuechun Liu;Bin Wang;Piyong Yu;Xiaowen Ji
Structural Engineering and Mechanics
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v.86
no.4
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pp.461-472
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2023
This paper proposes a novel method for increasing the distortional frame rigidity of off-rail box girder bridges for cranes by reinforcing the diaphragm with staggered truss. The study starts by using the Matrix Displacement Method to determine the shear angle of the staggered truss diaphragm under two assumptions: hinge joint and rigid joint. To obtain closed-form solutions for the transversal and longitudinal deformations and warping stress of the crane girder, the study employs the Initial Parameter Method and considers the compatibility of shear deformation at joints between the diaphragms and the girder. The theoretical solutions are validated through finite element analysis, which also confirms that the hinge-joint assumption accurately represents the shear angle of the staggered truss diaphragm in girder distortion. Additionally, the study conducts extensive parameter analyses to examine the impact of staggered truss dimensions on distortional stress and deformation. Furthermore, the study compares the distortional warping stresses of crane girders reinforced with staggered truss diaphragms and those reinforced with perforated ones, emphasizing the importance of incorporating stagger truss in diaphragms. Overall, this paper provides a thorough evaluation of the proposed approach's effectiveness in enhancing the distortional frame rigidity of off-rail box girder bridges for cranes. The findings offer valuable insights into the design and reinforcement of diaphragms using staggered truss to enhance the structural performance of crane girders.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2001.05a
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pp.333-338
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2001
Fractal geometry is a non-Euclidean geometry which has been developed to quantitative analysis irregular or fractional shapes. Fractal dimension of irregular surface has fractal values ranging from 2 to 3 and of irregular line profile has fractal values ranging from 1 to 2. In this paper, quantitative analysis of crack growth patterns during the fracture processing of fiber-reinforced cement composites based on fractal geometry. The fracture behaviors of fiber reinforced mortar beams subjected to three-point loading in flexure. The beams all had a single notch depth, but varing volume fractions of polypropylene, cellulose fibers. The crack growth behaviors, as observed through the image processing system, and the box counting method was used to determine the fractal dimension, Df. The results showed that the linear correlation exists between fractal dimension and fracture energy of the fiber reinforced cement mortar.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2004.03b
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pp.372-379
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2004
The model tests were conducted to assess the behavior characteristics of geogrid reinforced earth walls according to various surcharge loads and reinforcement spacing. The models were built in the box having dimension, 100cm tall, 140cm long, and 100cm wide. The reinforcement used was geogrid(tensile strength 2.26t/m). Decomposed granite soil(ML) was used as a backfill material. The LVDTs were installed on the model retaining walls to obtain the displacements of the facing. In the results, the maximum displacement of facing and tensile strain of geogrid was measured at 0.7H(H is wall height) from the bottom of reinforced wall.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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1999.11c
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pp.105-116
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1999
The Inchon International Airport site was formed by reclaimed soil from the sea. The average thickness of soft soil Is about 5 m and most of soft soils are normally consolidated or slightly over consolidated. There are many box culverts which are being constructed under the runways in the airfield. Sometimes, differential settlement can be occurred in the adjacent of box culvert or underground structures at the top layer of runway Soil compaction at very near to the structure is not easy all the time. Thus, one layer of geogrid was placed at the bottom of lean concrete layer for the concrete paved runway and at the middle of cement stabilized sub-base course layer for the asphalt paved runway. The length of geogrid reinforcement is 5m from the end of box culvert for both sides. The extended length of geogrid was 2m from the end of backfill soil in the box culvert. The tensile strength tests of geogrid were conducted for make sure the chemical compatibility with cement treated sub-base material. The location of geogrid placement for the concrete paved runway was evaluated. The construction damage to the geogrid could be occurred. Because the cement treated sub-base layer or lean concrete was spread by the finisher. The magnitude of tensile strength reduction was 1.16%~1.90% due to the construction damage and the ultimate tensile strength is maintained with the specification required. Total area of geogrid placement in this project is about 50,000 $m^2$.
An overhead travelling crane structure of two doubly symmetric welded box beams is designed for minimum cost. The rails are placed over the inner webs of box beams. The following design constraints are considered: local buckling of web and flange plates, fatigue of the butt K weld under rail and fatigue of fillet welds joining the transverse diaphragms to the box beams, fatigue of CFRP (carbon fibre reinforced plastic) laminate, deflection constraint. For the formulation of constraints the relatively new standard for cranes EN 13001-3-1 (2010) is used. To fulfill the deflection constraint CFRP strengthening should be used. The application of CFRP materials in strengthening of steel and concrete structures are widely used in civil engineering applications due to their unique advantages. In our study, we wanted to show how the mechanical properties of traditional materials can be improved by the application of composite materials and how advanced materials and new production technologies can be applied. In the optimization the following cost parts are considered: material, assembly and welding of the steel structure, material and fabrication cost of CFRP strengthening. The optimization is performed by systematic search using a MathCAD program.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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