In the present study a parametric analysis is conducted to study the effect of pile dimension and soil properties on the nonlinear dynamic response of pile subjected to lateral sinusoidal load at the pile head. The study is conducted on soil-pile model of different pile diameter, pile length and soil modulus, and results are compared to get the effect. The soil-pile system is modelled using Finite element method. The programming is done in MATLAB. Time history analysis of model is done for varying non-dimensional frequency of load and the results are compared to get the non-dimensional frequency at which pile head displacement is maximum in each case. Maximum possible bending moment and soil-pile interacting forces for the dynamic excitation of the pile is also compared. When results are compared with the linear response, it is observed that non-dimensional frequency is reduced in nonlinear response on account of reduction in the soil stiffness due to yielding. Nonlinear response curve shows high amplitude as compared to linear response curve.
Kim, Y.T.;Kim, D.K.;Choi, H.S.;Yu, S.Y.;Park, K.S.
Structural Engineering and Mechanics
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v.61
no.6
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pp.737-746
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2017
The touch down zone (TDZ) and top connection point of the vessel are most critical part of fatigue damage in the steel catenary riser (SCR). In general, the linear soil model has been used to evaluate fatigue performance of SCRs because it gives conservative results in the TDZ. However, the conservative linear soil model shows the limitation to accommodate real behavior in the TDZ as water depth is increased. Therefore, the riser behavior on soft clay seabed is investigated using a nonlinear soil model through time domain approach in this study. The numerical analysis considering various important parameters of the nonlinear soil model such as shear strength at mudline, shear strength gradient and suction resistance force is conducted to check the adoptability and applicability of nonlinear soil model for SCR design.
Seo, Dong-Kwan;Seo, Hyun-Jae;Kang, In-Pil;Kwon, Young-Min;Lee, Sang-Hoon;Hwang, Sung-Ho
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.33
no.11
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pp.1332-1340
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2009
The front end wheel loader is widely used for the loading of materials in mining and construction fields. It has repetitive digging, loading and dumping procedures. The bucket is subjected to large resistance force from the soil during scooping. We considered the soil reaction force characteristics from scooping procedure, the protection by overload and automatic scooping mode algorithm. The main topic of this paper is the analysis of the soil reaction force characteristics. The analysis of soil mechanics is carried out and the developed soil model is verified by experimental results from the simplified experimental equipment. A simplified model of the soil shape and bucket trajectory is used to determine the scooping direction based on an estimation of the resistance force applied on the bucket during the scooping motion. In the future, this model will be used for the generation of an appropriate path for the wheel loader automation.
It is known that retaining walls were severely damaged as well in the most recent earthquakes having occurred in the countries in the active seismic belts of the world. This damage can be ascribed to the calculation methods used for the designs of retaining walls in the event of their constructions and employment having been accurately carried out. Generally simplified pseudo-static methods are used in the analysis of retaining walls with analytical methods and soil-structure interaction are not considered. In view of these circumstances, in this article by taking soil interaction into consideration, linear and nonlinear behaviours of retaining walls are analyzed with the assistance of LUSAS which is one of the structural analysis programs. This investigations are carried out per LUSAS which employs the finite element method as to the Erzincan (1992) Earthquake North-South component and the obtained findings are compared with the ones obtained from the method suggested in Eurocode-8, which is still effective today, and Mononobe-Okabe method. Not only do the obtained results indicate the distribution and magnitude of soil pressures are depend on the filling soil but on the foundation soil as well and nonlinear effects should be considered in designs of these walls.
This paper presents a comparative study of reinforced soil slope by using LEM and SSR-FEM. Current analysis methods for reinforced soil wall are based on LEM. SSR-FEM assumes a reduction of soil strength by a factor to reach a critical state prior to failure based on continuum mechanics. In this study the comparisons are concerned with the factor of safety and the potential failure surface in reinforced soil wall. We investigated the stability of the reinforced soil wall with a slope of $60^{\circ}$ by LEM and SSR-FEM. The comparisons indicated good performance of the SSR-FEM on stability analysis of reinforce soil wall.
This study analyses the seismic response of a three-dimensional (3-D) rigid massless square foundation resting or embedded in a viscoelastic soil limited by rigid bedrock. The foundation is subjected to harmonic oblique seismic waves P, SV, SH and R. The key step is the characterization of the soil-foundation interaction by computing the impedance matrix and the input motion matrix. A 3-D frequency boundary element method (BEM) in conjunction with the thin layer method (TLM) is adapted for the seismic analysis of the foundation. The dynamic response of the rigid foundation is solved from the wave equations by taking into account the soil-foundation interaction. The solution is formulated using the frequency BEM with the Green's function obtained from the TLM. This approach has been applied to analyze the effect of soilstructure interaction on the seismic response of the foundation as a function of the kind of incident waves, the angles of incident waves, the wave's frequencies and the embedding of foundation. The parametric results show that the non-vertical incident waves, the embedment of foundation, and the wave's frequencies have important impact on the dynamic response of rigid foundations.
In this study, inelastic displacement ratios are investigated for existing systems with known lateral strength considering soil structure interaction. For this purpose, SDOF systems for period range of 0.1-3.0 s with different hysteretic behaviors are considered for a number of 18 earthquake motions recorded on soft soil. The effect of stiffness degradation on inelastic displacement ratios is investigated. The Modified Clough model is used to represent structures that exhibit significant stiffness degradation when subjected to reverse cyclic loading and the elastoplastic model is used to represent non-degrading structures. Soil structure interaction analyses are conducted by means of equivalent fixed base model effective period, effective damping and effective ductility values differing from fixed-base case. For inelastic time history analyses, Newmark method for step by step time integration was adapted in an in-house computer program. A new equation is proposed for inelastic displacement ratio of system with SSI with elastoplastic or degrading behavior as a function of structural period ($\tilde{T}$), strength reduction factor (R) and period lengthening ratio ($\tilde{T}$/T). The proposed equation for $\tilde{C}_R$ which takes the soil-structure interaction into account should be useful in estimating the inelastic deformation of existing structures with known lateral strength.
This paper presents results of a numerical analysis performed on a corrugated steel plate (CSP) bridge during a backfilling process. The analysed bridge structure was a box culvert having a span of 12315 mm as well as a clear height of 3550 mm. Obtained calculation results were compared with the experimental ones. The paper is presented with the application of the Fast Lagrangian Analysis of Continua (FLAC) program based on the finite differences method (FDM) to determine behaviour of the soil-steel bridge structure during backfilling. The assumptions of a computational 2D model of soil-steel structure with a non-linear interface layer are described. Parametric analysis of the interface element is also given in order to receive the most realistic calculation results. The method based on this computational model may be used with large success to design calculations of this specific type of structure instead of the conventional and fairly inaccurate analytical methods. The conclusions drawn from such analysis can be helpful mostly for the assessment of the behaviour of steel-soil bridge structures under loads of backfilling. In consideration of an even more frequent application of this type of structure, conclusions from the conducted analysis can be generalized to a whole class of similar structural bridge solutions.
This paper deals with the modeling of the plane frame structure-foundation-soil system. The superstructure along with the foundation beam is idealized as beam bending elements. The soil medium near the foundation beam with stress concentrated is idealized by isoparametric finite elements, and infinite elements are used to represent the far field of the soil media. This paper presents the modeling of shear wall structure-foundation and soil system using the optimal membrane triangular, super and conventional finite elements. Particularly, an alternative formulation is presented for the optimal triangular elements aimed at reducing the programming effort and computational cost. The proposed model is applied to a plane frame-combined footing-soil system. It is shown that the total settlement obtained from the non-linear interactive analysis is about 1.3 to 1.4 times that of the non-interactive analysis. Furthermore, the proposed model was found to be efficient in simulating the shear wall-foundation-soil system, being able to yield results that are similar to those obtained by the conventional finite element method.
Mahmoudabadi, Vahidreza;Bahar, Omid;Jafari, Mohammad Kazem;Safiey, Amir
Structural Engineering and Mechanics
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v.71
no.4
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pp.445-458
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2019
This study mainly aims to assess the performance of soil-structure systems designed by direct displacement-based method coupled with strong column-weak beam design concept through various system identification techniques under strong ground motions. To this end, various system identification methods are employed to evaluate the dynamic characteristics of a structure (i.e., modal frequency, system damping, mode shapes, and plastic hinge formation pattern) under a strong seismic excitation considering soil-structure interaction for different site conditions as specified by ASCE 7-10. The scope of the study narrowed down to the code-complying low- to high-rise steel moment resisting frames with various heights (4, 8, 12, 16-story). The comparison of the result of soil-structure systems with fix-based support condition indicates that the modal frequencies of these systems are highly influenced by the structure heights, specifically for the softer soils. This trend is more significant for higher modes of the system which can considerably dominate the response of structures in which the higher modes have more contribution in dynamic response. Amongst all studied modes of the vibration, the damping ratio estimated for the first mode is relatively the closet to the initial assumed damping ratios. Moreover, it was found that fewer plastic hinges are developed in the structure of soil-structure systems with a softer soil which contradicts the general expectation of higher damageability of such structural systems.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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