Namsun Kim;Jong-Sub Lee;Younggeun Yoo;Jinwook Kim;Junghee Park
Smart Structures and Systems
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v.34
no.1
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pp.33-40
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2024
We aimed to assess the evolution of small-strain stiffness and relative density in non-compacted embankment layers. We developed embedded type in-situ soil stiffness measurement devices for monitoring small-strain stiffness occurring after filling at a test site and conducted comprehensive laboratory compaction tests using an oedometer cell with a bender element. However, direct comparison is extremely difficult because the shear wave velocity measured in the field and laboratory depend on depth and effective stress, respectively. Therefore, we propose a method for establishing a relationship between effective stress and depth using a compressibility model. In this study, the shear wave velocity measured in the field was compared to the estimated shear wave velocity-depth profiles for completely dry and saturated conditions with different relative densities. The relative density under saturated soil conditions may vary between 50% and 90% and tends to be closer to 95%. Under dry soil conditions, the relative density of the embankment can vary from 30% to 70% and tends to approach 76%. For model validation, the relative density estimated from shear wave velocity-depth profiles was compared to that estimated from DCPI data. In other words, the results analyzed in the context of an effective stress-depth model enable the prediction of engineering properties such as the small-strain stiffness and relative density of embankment layers. This study demonstrates that physics-based data analyses successfully capture the relative density of non-compacted embankment layers.
The failure phenomenon of overlaid concrete structures, such as surface crack and peel-off failure in the contact zone, was investigated due to temperature shock(rainfall). To investigate this failure phenomenon, the surface tensile stress, and the shear stress, the vertical tensile stress in the contact zone were analysed using the non-linear stress-strain relationship of material such as strain-hardening- and strain-softening diagrams. Rainfall intensity, overlay thickness and overlay material were the main variables in the analyses. It is assumed that the initial temperature of overlaid concrete structures was heated up to 55$\^{C}$ by the solar heat. With a rain temperature 10$\^{C}$ and the rainfall intensity of nR=1/a, tR=10min, 60min, the stress states of overlaid concrete structures were calculated. The result shows that only fictitious cracks occurred in the overlay surface and no shear bond failure occurred in the contact zone. The vortical tensile stress increasing with overlay thickness was proved to be the cause of peel-off failure in the contact zone. The formulae for relationship between the vertical tensile stress and overlay thickness, material properties were derived. Using this formulae, it is possible to select proper material and overlay thickness to prevent failure in the contact zone due to temperature shock caused by rainfall.
The failure phenomenon of overlaid concrete structures, such as surface crack, and peel-off failure, shear bond failure in the end contact zone, was investigated due to humidity changes. To investigate this failure phenomenon, the surface tensile stress, and the shear stress, the vertical tensile stress in the contact zone were analysed using the non-linear stress-strain relationship of material such as strain-hardening- and strain-softening diagrams. Overlay thickness and overlay material were the main variables in the analyses. It is assumed that the initial surface humidity of overlaid concrete structures was 100% r.H. With a atmospheric humidity of 55% r.H. and two load cases for drying(LCI), curing and drying(LC2), the stress states of overlaid concrete structures were calculated. The result shows that only fictitious cracks occurred in the overlay surface of CM2O, ECM25, and no shear bond failure occurred in the contact zone without CM2O. The peel-off failure was proved to be the main cause of the damage in the overlaid concrete structures. Only for overlay thickness of 1cm occurred no peel-off failure in the case of drying after a long-term public use(LC1). In the case of curing and drying during overlay work(LC2) occurred the peel-off failure within 1.5days for all the overlaid concrete structures.
Since decomposed granite soil shows various characteristics of shear behavior dependent on initial conditions such as weathering degree and grain breakage, it is nacessary to invert ligate stress -strain relationship and changes of shear characteristics for different initial conditions. Associated with abovefnentioned view, direct shear tests, and triaxial compression tutsts(Ef, CD) were carried out in this study for undisturbed and disturbed compacted weathered granite samples obtained from 4 construction work sites with the various weathering degree and components of parent rocks. The deformation behavior of undisturbed samples under small confining stress shows hardening to softening, which is similar to that of over nsolidated clay whereas disturbed weathered granite soils do hardeningfonstant regardless of weathering degree, which is also similar to sedimentary clay. Conventional direct shear-tests for undisturbed samples show a tendency to overestimate cohesion. It is possidle to approximate stress ratio(q/p') and volumetric increment ratio(dv/ds) in the triaxital compression tests by an equation, ($dv/d\varepsilon,=\alpha(M-\eta))$ irrespective of moisture content, weathering degree and disturbance.
An analytical model with tension softening for the prediction of the capacity of prestressed concrete beams under pure torsion and under torsion combined with shear and flexure is introduced. The proposed approach employs bilinear stress-strain relationship with post cracking tension softening branch for the concrete in tension and special failure criteria for biaxial stress states. Further, for the solution of the governing equations a special numerical scheme is adopted which can be applied to elements with practically any cross-section since it utilizes a numerical mapping. The proposed method is mainly applied to plain prestressed concrete elements, but is also applicable to prestressed concrete beams with light transverse reinforcement. The aim of the present work is twofold; first, the validation of the approach by comparison between experimental results and analytical predictions and second, a parametrical study of the influence of concentric and eccentric prestressing on the torsional capacity of concrete elements and the interaction between torsion and shear for various levels of prestressing. The results of this investigation presented in the form of interaction curves, are compared to experimental results and code provisions.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.14
no.1
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pp.175-181
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2010
The three truss models(equilibrium truss model, Mohr compatibility truss model, and the soften truss model) based on a rotating angle is called the rotating-angle model. The three rotating-angle models have a common weakness: they are incapable of predicting the so-called "contribution of concrete". To take into account this "contribution of concrete", the modern truss model(MCFT, STM) treats a cracked reinforced concrete element as a continuous material. By combining the equilibrium, compatibility, and the softened stress-strain relationship of concrete in biaxial state, MTM is capable of producing the nonlinear analysis of reinforced concrete structures composed of membrane element. In this paper, an efficient algorithm is proposed for the solution of proposed model incorporated with failure criteria. This algorithm is used to analyze the behavior of reinforced membrane element using the results of Hsu test.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.16
no.8
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pp.5654-5663
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2015
In the unsaturated soil, suction, the negative pore water pressure leads to increases of the yield stress and the plastic shear stiffness of the soil skeleton due to the growth in interparticle stress. Therefore, in this study, the stress-strain relationship based on cyclic elasto-plastic constitutive model extended for unsaturated soil considering the 1st and the 2nd yield functions was induced in order to account for these effects of suction under the dynamic loading condition such as the earthquake. Through the program code considering this relationship and the routine of the cyclic loading with the reversion of loading direction, the numerical simulation of the cyclic triaxial test under the unsaturated condition would be possible. It is expected that the results of this study possibly contribute to the accuracy improvement on the prediction of unsaturated soil behavior under the dynamic loading condition.
For the prediction of shear behavior of reinforced concrete beams, this paper proposed Transformation Angle Truss Model (TATM) considered bending moment effect. Shear stress-strain relationship obtained from the TATM was agreed well with test results conducted by this study Further, shear strength obtained from the TATM was compared to the experimentally observed results of 170 reinforced concrete beams which had various shear span ratios shapes of support and shapes of cross section. The shear strength of reinforced concrete beams obtained from test was better predicted by the TATM with 0.96 in average and 11.9% in coefficient of variation than by other truss models. And the ratio of experimental results to theoretical results obtained from the TATM was almost constant regardless of the η and a/d.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.32
no.12
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pp.1047-1054
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2008
In this paper, the molecular dynamics (MD) simulations are performed with single-crystal copper blocks under simple shear and simple tension to investigate the effect of size and crystal orientation. There are many variances to give influences such as deformation path, temperature, specimen size and crystal orientation. Among them, the crystal orientation has a primary influence on the volume averaged stress. The numerical results show that the volume averaged shear stress decreases as the specimen size increases and as the crystal orientation changes from single to octal. Furthermore, the Schmid factor and yield stress for crystal orientation are evaluated by using the MD simulation on the standard triangle of stereographic projection.
In the present paper, the fiber theory has been employed to model the reinforced concrete (RC) deep beams (DBs) considering the reinforcing steel bar-concrete interaction. To simulate numerically the behavior of materials, the uniaxial materials' constitutive laws have been employed for reinforcements and concrete and the bond stress-slip between the reinforcing steel bars and surrounding concrete are taken into account. Because of the high sensitivity of DBs to shear deformations, the Timoshenko beam theory has been applied. The shear stress-strain (S-SS) relationship has been defined by the modified compression field theory (MCFT) model. By modeling about 300 RC panels and employing a produced numerical database, a study has been carried out to show the sensitivity of the MCFT model. This is performed based on the multiple linear regression (MLR) models. The results of this research also illustrate how different parameters such as characteristic compressive strength of concrete, yield strength of reinforcements and the percentages of reinforcements in different directions get involved in the shear behavior of RC panels without applying complex theories. Based on the results obtained from the analysis of the MCFT S-SS model, a relatively simplified numerical S-SS model has been proposed. Application of the proposed S-SS model in modeling and analyzing the considered samples indicates that there is a good agreement between the simulated and the experimental test results. The comparison between the proposed S-SS model and the MCFT model indicates that in addition to the advantage of better accuracy, the main advantage of the proposed method is simplicity in application.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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