Ali Alnujaie;Ahmed A. Daikh;Mofareh H. Ghazwani;Amr E. Assie;Mohamed A Eltaher
Advances in nano research
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v.17
no.2
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pp.181-195
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2024
This study introduces a novel functionally graded material model, termed the "Coated Functionally Graded Graphene-Reinforced Composite (FG GRC)" model, for investigating the free vibration response of plates, highlighting its potential to advance the understanding and application of material property variations in structural engineering. Two types of coated FG GRC plates are examined: Hardcore and Softcore, and five distribution patterns are proposed, namely FG-A, FG-B, FG-C, FG-D, and FG-E. A modified displacement field is proposed based on the higher-order shear deformation theory, effectively reducing the number of variables from five to four while accurately accounting for shear deformation effects. To solve the equations of motion, an analytical solution based on the Galerkin approach was developed for FG GRC plates resting on a viscoelastic Winkler/Pasternak foundation, applicable to various boundary conditions. A comprehensive parametric analysis elucidates the impact of multiple factors on the fundamental frequencies. These factors encompass the types and distribution patterns of the coated FG GRC plates, gradient material distribution, porosities, nonlocal length scale parameter, gradient material scale parameter, nanoplate geometry, and variations in the elastic foundation. Our theoretical research aims to overcome the inherent challenges in modeling structures, providing a robust alternative to experimental analyses of the mechanical behavior of complex structures.
Reusing the used pile has not yet been implemented due to the unpredictability of the bearing capacity evolution. This paper presents an analytic approach to estimate the sides shear setup after the dissipation of pore pressure. Long-term evolution of adjacent soil is simulated by viscoelastic-plastic constitutive model. Then, an innovative concept of quasi-overconsolidation is proposed to estimate the strength changes of surrounding soil. Total stress method (α method) is employed to evaluate the long term bearing capacity. Measured data of test piles in Louisiana and semi-logarithmic time function are cited to validate the effectiveness of the presented method. Comparisons illustrate that the presented approach gives a reasonably prediction of the side shear setup. Both the presented method and experiment show the shaft resistance increase by 30%-50%, and this highlight the potential benefit of piles reutilization.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.19
no.1
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pp.37-43
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2015
This paper presents a detailed procedure for a nonlinear soil-structure interaction of a seismically isolated NPP(Nuclear Power Plant) structure using the boundary reaction method (BRM). The BRM offers a two-step method as follows: (1) the calculation of boundary reaction forces in the frequency domain on an interface of linear and nonlinear regions, (2) solving the wave radiation problem subjected to the boundary reaction forces in the time domain. For the purpose of calculating the boundary reaction forces at the base of the isolator, the KIESSI-3D program is employed in this study to solve soil-foundation interaction problem subjected to vertically incident seismic waves. Wave radiation analysis is also employed, in which the nonlinear structure and the linear soil region are modeled by finite elements and energy absorbing elements on the outer model boundary using a general purpose nonlinear FE program. In this study, the MIDAS/Civil program is employed for modeling the wave radiation problem. In order to absorb the outgoing elastic waves to the unbounded soil region, spring and viscous-damper elements are used at the outer FE boundary. The BRM technique utilizing KIESSI-3D and MIDAS/Civil programs is verified using a linear soil-structure analysis problem. Finally the method is applied to nonlinear seismic analysis of a base-isolated NPP structure. The results show that BRM can effectively be applied to nonlinear soil-structure interaction problems.
This paper investigates the dynamic response of structures during earthquakes and provides a clear understanding of soil-structure interaction phenomena. It analyses various parameters, comprising ground shear wave velocity and structure properties. The effect of soil impedance function form on the structural response of the system through the use of springs and dashpots with two frequency cases: independent and dependent frequencies. The superstructure and the ground were modeled linearly. Using the substructure method, two different approaches are used in this study. The first is an analytical formulation based on the dynamic equilibrium of the soil-structure system modeled by an analog model with three degrees of freedom. The second is a numerical analysis generated with 2D finite element modeling using ABAQUS software. The superstructure is represented as a SDOF system in all the SSI models assessed. This analysis establishes the key parameters affecting the soil-structure interaction and their effects. The different results obtained from the analysis are compared for each studied case (frequency-independent and frequency-dependent impedance functions). The achieved results confirm the sensitivity of buildings to soil-structure interaction and highlight the various factors and effects, such as soil and structure properties, specifically the shear wave velocity, the height and mass of the structure. Excitation frequency, and the foundation anchoring height, also has a significant impact on the fundamental parameters and the response of the coupled system at the same time. On the other hand, it have been demonstrated that the impedance function forms play a critical role in the accurate evaluation of structural behavior during seismic excitation. As a result, the evaluation of SSI effects on structural response must take into account the dynamic properties of the structure and soil accordingly.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.2
no.1
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pp.1-10
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1998
In the dynamic soil-structure interaction(SSI) analysis, numerous uncertain parameters are involved. They include the uncertainties in the definition of input motions, modeling of soil-structure interaction systems. analysis techniques, etc. This paper presents the results of parametric studies of the seismic responses of a reactor containment structure built on the viscoelastic layered soil. Among the numerous parameter, this study concentrates on the effects of definition point of the input motion, embedment of structure to the base soil, thickness of the top soil layer, and rigidity of the base soil. The substructure method using frequency independent impedances is adopted. The method is based on the mode superposition method in time domain using the composite modal damping values of th SSI system computed from the ratio of dissipated energy to the strain energy for each model. From the study results, the sensitivity of each parameter on the earthquake responses has been suggested for the practical application of the substructure method of SSI analysis.
The uncertainties involved in structural performances are of importance when the optimum number and property of seismic retrofit devices are determined. This paper proposes a seismic retrofit design framework for asymmetric soft-first-story buildings, considering uncertainties in the soil condition and seismic retrofit device. The effect of the uncertain parameters on the structural performance is used to find a robust and optimal seismic retrofit solution. The framework finds a robust and optimal seismic retrofit solution by finding the optimal locations and mechanical properties of the seismic retrofit device for different realizations of the uncertain parameters. The structural performance for each realization is computed to evaluate the effect of the uncertainty parameters on the seismic performance. The framework utilizes parallel processing to decrease the computationally intensive nonlinear dynamic analysis time. The framework returns a robust design solution that satisfies the given limit state for every realization of the uncertain parameters. The proposed framework is applied to the seismic retrofit design of a five-story asymmetric soft-first-story case study structure retrofitted with a viscoelastic damper. Robust optimal parameters for retrofitting a structure to satisfy the limit state for the different realizations of the uncertain parameter are found using the proposed framework. According to the performance evaluation results of the retrofitted structure, the developed framework is proved effective in the seismic retrofit of the asymmetric structure with inherent uncertainties.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.47
no.5
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pp.51-61
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2005
In this study, borehole records were analyzed to verify the amplification of seismic motion at the soft reclaimed ground before and after the main event of the 1995 Hyogoken Nambu Earthquake at Port Island, Japan. From the analysis, it was shown that the amplification of seismic motion occurred near the soft ground surface (within 30 m below) where confining stress is low. Moreover, it was found that recovery of dynamic soil stiffness at the liquefied ground began gradually 3 hours after the liquefaction and completed in 10 days, when the ground exhibited the same seismic motion characteristics as those before the liquefaction.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1996.10a
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pp.202-209
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1996
In this paper, two dimensional vertical and comer infinite elements which can include multiple wave components to model underlying half space are developed. These elements are natural and economical to model underlying stiff half space or rock. To verify the behavior of these infinite elements, vertical, horizontal, and rocking compliances of a rigid strip foundation on a viscoelastic soil profile are analyzed and compared with those of Tzong and Penzien who used the boundary solution method. Good agreements are noticed between the two methods. The influence of material properties like Poisson's ratio, material damping, and stiffness ratio of layers as well as the influence of geometrical properties such as layer thicknesses and depth of foundation embedment are studied. Example analysis is carried out for the shaking table which is located in KIMM(Korea Institute of Machinery and Materials), and the vertical and horizontal displacements of the analysis are compared with the measured, and show good results and demonstrate the efficiency of the proposed method.
The resonant column testing determines the shear modulus and material damping factor dependent on the shear strain magnitude, based on the wave-propagation theory. The determination of the dynamic soil properties requires the theoretical formulation of the dynamic behavior of the resonant column testing system. One of the theoretical formulations is the use of the wave equation for the soil specimen in the resonant column testing device. Wood, Richart and Hall derived the wave equation by assuming the linear elastic soil, and didn't take the material damping into consideration. Hardin incorporated the viscoelastic damping of soil in the wave equation, but he had to assume the material damping factor for the determination of the shear modulus. For the better theoretical formulation of the resonant column testing, this study derived a new wave equation to include the viscosity of soil, and proposed an approach for the solution. Also, in this study, the equation of motion for the testing system, which is another approach of the theoretical formulation of the resonant column testing, was also derived. The equation of motion leads to the better understanding of the resonant column testing, which includes the dynamic magnification factor and the phase angle of the response. For the verification of the proposed equation of motion for the resonant column testing, the finite element analysis was performed for the resonant column testing. The comparison of the dynamic magnification factors and the phase angles far the system response were performed.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.29
no.5
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pp.377-388
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2016
This study is aimed to evaluate the embedment effect of foundation as compared to the surface foundation on the response of a base-isolated nuclear power plant structure. For this purpose, the boundary reaction method (BRM), which is a two-step frequency domain and time domain technique, is used for the nonlinear SSI analysis considering nonlinear behavior of base isolators. The numerical model of the BRM is verified by comparing the numerical results obtained by the BRM and the conventional frequency-domain SSI analysis for an equivalent linear SSI system. Finally, the displacement response of the base isolation and the horizontal response of the structure obtained by the nonlinear SSI analysis using the moat foundation model are compared with those using the surface foundation model. The comparison showed that the displacement response of the base isolation can be reduced by considering the embedment effect of foundation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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