The installation of the expansion joints in a tunnel concrete lining and duct would minimize the cracking at the location of structural shape and stiffness change, differential settlement, big temperature change, and so on. However, it is difficult to determine the required spacing of the expansion joint in a tunnel concrete lining and duct quantitatively because the spacing is influenced by temperature change, structure construction condition, ground-structure interaction, and etc. Nevertheless, a highway specification (Korea Expressway Corporation, 2012) or a road design manual (Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs, 2010) specifies that the expansion joint spacing in a tunnel concrete lining should be installed uniformly smaller than 25 m from the tunnel portals to 50 m inside of a tunnel and elsewhre 20-60 m in a tunnel (because there is no specifcation for a duct it is assumed that a duct follows the specfication of lining). This specification results in several construction and economic problems in relation with a tunnel construction. Accordingly, in order to minimize the problems, this study analyzed both domestic and foreign design standards and specifications. In addition, field test, theoretical and numerical analyses were carried out in relation to the expansion joint in a tunnel lining and duct. The purpose of this study is to reestabilish a criterion for installing the expansion joint in a tunnel concrete lining and duct.
Moon, Do Young;Kang, Jae Mo;Lee, Janggeun;Lee, Sang Yoon;Zi, Goangseuo
Journal of the Korean Geosynthetics Society
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v.13
no.4
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pp.97-107
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2014
Finite element modelling and analysis were conducted for the roll-type steel mats which were placed on loose sand and subjected to a standard truck wheel load in this study. The roll-type steel mats mean that the steel mats can be folded as a circle shape for the carrying to fields in cold regions where workability is limited and are developed for a rapid rehabilitation method for roadway across soft ground which is caused by thawing during the summer season in cold regions. The model is composed of link elements to simulate nonlinear behavior of connections between steel mats, thick shell elements to have flexural stiffness of the steel mats, and springs to simulate characteristics of foundation soils. The structural behaviors of the shell, link elements, and springs were verified at each modelling step through experiment and analysis. Beam and shell analysis without the link elements were conducted and compared to results obtained from the model presented in this study. Significant vertical displacement is shown in the shell model with hinge connections. Therefore, the results demonstrate that the analysis model for the roll-type steel mats on loose sand needs further detail parametric studies.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.28
no.1
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pp.70-81
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2024
In this study, Tridimensional Hybrid Isolation System(THIS) was proposed as a vibration isolator for traffic loads, combining vertical and horizontal isolation systems. Its efficacy in improving serviceability for vertical vibration was analytically evaluated. Firstly, for the analysis, the major vibration modes of the existing apartment were identified through eigenvalue analysis for the system and pulse response analysis for the bedroom slab using commercial structural analysis software. Subsequently, a 16-story model with horizontal, vertical and rotational degrees of freedom for each slab was numerically organized to represent the achieved modes. The dynamic analysis for the measured acceleration from an adjacent ground to high-speed railway was performed by state-space equations with the stiffness and damping ratio of THIS as variables. The result indicated that as the vertical period ratio increased, the threshold period ratio where the slab response started to be suppressed varied. Specifically, when the period ratio is greater than or equal to 5, the acceleration levels of all slabs decreased to approximately 70% or less compared to the non-isolated condition. On the other hand, it was ascertained that the influence of damping ratios on the response control of THIS is inconsequential in the analysis. Finally, the improvement in vertical vibration performance of THIS was evaluated according to design guidelines for floor vibration of AIJ, SCI and AISC. It was confirmed that, after the application of THIS, the residential performance criteria were met, whereas the non-isolated structure failed to satisfy them.
Jacked pile that involves the use of hydraulic jacks to press the piles into the ground is free from noise and vibration, and is possibly installed within a limited construction area. Thus, as an alternative to conventional pile driving methods, pile jacking could become widely accepted for the construction projects in urban area (e.g., reconstruction or remodeling construction projects). Great concern has arisen over the prediction of axially loaded jacked pile behavior. Against this background, a series of pile load tests were hence conducted on a jacked steel pipe pile installed in weathered zone (i.e., weathered soil and weathered rock). From the test results, base resistance and shaft resistance for each test condition were evaluated and compared with the values predicted by the previous driven pile resistance assessment method. Test results showed that the previous driven pile resistance assessment method highly underestimated both the base and shaft resistances of a jacked pile; differences were more obviously observed with the shaft resistance. The reason for this discrepancy is that a driven pile normally experiences a larger number of loading/unloading cycles during installation, and therefore shows significantly degraded stiffness of surrounding soil. Based on the results of the pile load tests, particular attention was given to the modification of the previous driven pile resistance assessment method for investigating the axially loaded jacked pile behavior.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.25
no.1
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pp.27-41
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2023
Submerged floating tunnels must be connected to the ground to connect continents. The displacement imbalance at the shore connection between the underground bored tunnel and submerged floating tunnel can cause stress concentration, accompanying a fracture at the shore connection. The elastic joint has been proposed as a method to relive the stress concentration, however, the effect of the elastic joints on the dynamic behavior should be evaluated. In this study, the submerged floating tunnel and shore connection under dynamic load conditions were simulated through numerical analysis using a numerical model verified through a small-scaled physical model test. The resonant frequency was considered as a dynamic behavioral characteristic of the tunnel under the impact load, and it was confirmed that the stiffness of the elastic joint and the resonant frequency exhibit a power function relationship. When the shore connection is designed with a soft joint, the resonant frequency of the tunnel is reduced, which not only increases the risk of resonance in the marine environment where a dynamic load of low frequency is applied, but also greatly increases the maximum velocity of tunnel when resonance occurs.
Grouting has been practiced as a reliable technique to improve the mechanical properties of rock mass. But, the study of ground improvement by greeting is rare especially in jointed rock mass. In this study, joint compression test and direct shear test were performed on pure rock joint and cement milk grouted rock joint to examine the grouting effect on the property of rock joint. In the pure rock joint compression test, joint closure varied non-linearly with normal stress. But after cement milk grouting, the normal deformation characteristics of the joint was linear at the low normal stress level. As normal stress increased. deformation of the sample rapidly increased due to the stress concentration at the joint asperities. Peak shear strength of the grouted joint in low normal stress was higher than that of non-grouted joint due to the cohesion, decreased exponetially as the grout thickness increased. Thus after cement milk grouting, the failure envelope modified to a curve that has cohesion due to grout material hydration with decreased friction angle. Shear stiffness and peak dilation angle of the grouted joint decreased as the grout thickness increased. The peak shear strength from the direct shear test on grouted rock joint was represented by an empirical equation as a fuction of grout thickness and roughness mean amplitude.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.9
no.2
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pp.109-120
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2007
Auxiliary support systems such as the reinforced protective umbrella method have been applied before tunnel excavation to increase ground stiffness and to prevent the large deformation. However, determination procedure of geotechnical parameters along the construction sequence contains various errors. This study suggests a method to characterize the time-dependent behavior of pre-reinforced zones around the tunnel using elastic waves. Experimental results show that shear strength as well as elastic wave velocities increase with the curing time. Shear strength and strength parameters can be uniquely correlated to elastic wave velocities. Obtained results from the laboratory tests are applied to numerical simulation of tunnel considering its construction sequences. Based on numerical analysis, initial installation part of pre-reinforcement and portal of tunnel are critical for tunnel stability. Result of the time-dependent condition is similar to the results of for $1{\sim}2$ days of the constant time conditions. Finally, suggested simple analysis method combining experimental and numerical procedure which considering time-dependent behavior of pre-reinforced zone on tunnel would provide reliable and reasonable design and analysis for tunnel.
The selection of the support system is an important design parameter in design and construction of the tunnel using the new Australian tunnel method. It is a common practice to select the support based on the rock mass grade, in which the rock mass is classified into five rock groups. The method is applicable if the characteristics of the rock mass are uniform in the direction of tunnel excavation. However, such case is seldom encountered in practice and not applicable when the properties vary along the longitudinal direction. This study performs comprehensive three dimensional finite difference analyses to investigate the ground deformation pattern for cases in which the rock mass properties change in the direction of the tunnel axis. The numerically calculated displacements at the tunnel crown show that the displacement is highly dependent on the stiffness contrast of the rock masses. The results strongly indicate the need to select the support type $0.5{\sim}1.0D$ before the rock mass boundary. The paper proposes a new guideline for selecting the support type based the results of the analyses.
Most of earthquake-induced geotechnical hazards have been caused by the site effects relating to the amplification of ground motion, which is strongly influenced by the local geologic conditions such as soil thickness or bedrock depth and soil stiffness. In this study, an integrated GIS-based information system for geotechnical data, called geotechnical information system (GTIS), was constructed to establish a regional counterplan against earthquake-induced hazards at an urban area of Daejeon, which is represented as a hub of research and development in Korea. To build the GTIS for the area concerned, pre-existing geotechnical data collections were performed across the extended area including the study area and site visits were additionally carried out to acquire surface geo-knowledge data. For practical application of the GTIS used to estimate the site effects at the area concerned, seismic zoning map of the site period was created and presented as regional synthetic strategy for earthquake-induced hazards prediction. In addition, seismic zonation for site classification according to the spatial distribution of the site period was also performed to determine the site amplification coefficients for seismic design and seismic performance evaluation at any site in the study area. Based on this case study on seismic zonations in Daejeon, it was verified that the GIS-based GTIS was very useful for the regional prediction of seismic hazards and also the decision support for seismic hazard mitigation.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.28
no.1
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pp.39-45
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2024
Seismic safety of expansion joints for piping systems has been underscored by water pipe ruptures and leaks resulting from the Gyeongju and Pohang earthquakes. Metal bellows in piping systems are applied to prevent damage from earthquakes and road subsidence in soft ground. Designed with a series of corrugated segments called convolutions, metal bellows exhibit flexibility to accommodate displacements. Several studies have examined variations in convolution shapes and layers based on the intended performance to be evaluated. Nonetheless, the research on the seismic performance of complex bellows having multiple corrugation heights is limited. In this study, monotonic loading tests, cyclic loading tests, and fatigue tests were conducted to evaluate the shear performance in seismic conditions, of metal bellows with variable convolution heights. Single- and triple-layer bellows were considered for the experimentation. The results reveal that triple-layer bellows exhibit larger maximum deformation and fatigue life than single-layer bellows. However, the high stiffness of triple-layer bellows in resisting internal pressure poses certain disadvantages. The convolutions are less flexible at lower displacements and experience leakage at a rate related to the variable height of the convolutions in certain conditions. At lower deformation rates, the fatigue life is rated higher as the number of layers increase. It converges to a similar fatigue life at higher deformation rates.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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