Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.18
no.4
s.70
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pp.395-404
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2005
This paper presents a reliable numerical procedure for nonlinear time-history analysis of space steel frames subjected to dynamic loads. Geometric nonlinearities of member (P-$\delta$) and frame (P-$\Delta$) are taken into account by the use of stability functions in framed stiffness matrix formulation. The gradual yielding along the member length and over the cross section is included by using a tangent modulus concept and a softening plastic hinge model based on the New-Orbison yield surface. A computer program utilizing the average acceleration method for the integration scheme is developed to numerically solve the equation of motion of framed structure formulated in an incremental form. The results of several numerical examples are compared with those derived from using beam element model of ABAQUS program to illustrate the accuracy and the computational efficiency of the proposed procedure.
The ultimate strength testing of a two-story, single-bay, and sway allowed space steel frame was performed. Considering a majority of large-scale frame tests in the past, only two-dimensional frames were experimentally studied. Therefore, three-dimensional experiment is needed to extend the knowledge of this field. The steel frame subjected to non-proportional vertical and horizontal load was tested. The load-displacement curve of the test frame is provided. The experiment results are useful for verification of the three-dimensional numerical analysis. The results obtained from 3D non-linear analysis using ABAQUS were compared with experimental data.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.13
no.1
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pp.13-24
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1993
The tangent stiffness matrices of the plane frame and the thin-walled space frame are derived by using the principle of virtual displacement. In case of the plane frame, the shape function and stiffness matrices are presented for the rigid-hinged condition. For the unsymmetric thin-walled space frame, the elastic and geometric stiffness matrices in three cases of the unrestrained torsion, the restrained torsion, and the restrained anti unrestrained torsion are evaluated by using the various Hermitian polynomials as the shape function. Numerical examples for the lateral buckling analysis of the space frames and the circular arch illustrate the accuracy and convergence characteristics of the derived formulations.
A direct design method of three-dimensional frames using practical advanced analysis is presented. In this method. separate member capacity checks encompassed by the code specifications are not required. because the stability of separate members and the structure as a whole can be rigorously treated in determining the maximum strength of the structures. Advanced analysis accounts for geometric and material nonlinearities. The geometric nonlinearlity is considered by the use of stability function. The material nonlinearity is accounted for using CRC tangent modulus and parabolic function. The load-displacements predicted by the proposed analysis compare well with those given by other approaches. A design example has been presented for a 22-story frame. The analysis results show that the proposed method is suitable for adoption in practice.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.13
no.5
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pp.39-52
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1993
For the lateral-torsional buckling analysis of the thin-walled space frame and circular arch with the unsymmetric cross section, the tangent stiffness matrices are derived by introducing Vlasov's assumption for the thin-walled beam and using the principle of virtual displacement. In the cases of the unrestrained torsion and the restrained torsion, the elastic and geometric stiffness matrices corresponding to semitangential rotation and semitangential moment are evaluated by using the Hermitian polynomials as the shape function. In order to illustrate the accuracy and convergence characteristics of the derived formulations, numerical examples for the lateral-torsional buckling analysis of the hinged circular arch under pure bending and uniform compression are presented and compared with the analytic solutions of references.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.13
no.1
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pp.1-12
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1993
Tangent stiffness matrices are derived for the torsional and lateral stability analysis of the space beams and framed structures with the symmetric thin-walled section by using the principle of virtual displacement. In the cases of restrained torsion and unrestrained torsion, the elastic and geometric stiffness matrices are evaluated by using the Hermitian polynomials which represent the displacement field of the beam element in simple flexure. Numerical examples illustrate the accuracy and convergence characteristics of the derived formulations.
Advanced analysis and optimal design of semi-rigid space steel frames were presented. The advanced analysis can predict the combined nonlinear effects of connection, geometry, and material on the behavior and strength of semi-rigid frames. The Kishi-Chen power model was used to describe the nonlinear behavior of semi-rigid connections. Geometric nonlinearity was determined using stability functions. Material nonlinearity was determined using the Column Research Council (CRC) tangent modulus and the parabolic function. The direct search method proposed by Choi and Kim was used as optimization technique. One by one, the member with the largest unit value evaluated using the LRFD interaction equation were placed adjacent to a larger member selected from the database. The objective function was assumed to be the weight of steel frame, while the constraint functions were load-carrying capacities, deflections, inter-story drifts, and the ductility requirements. The member sizes determined using the proposed method were compared to those derived from the conventional LRFD method.
Kim, Sung Bo;Han, Jae Young;Park, Soon Cheol;Kim, Moon Young
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.15
no.3
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pp.299-311
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2003
This paper presents a finite element procedure to estimate the ultimate strength of space frames considering spread of plasticity. The improved displacement field is introduced based on the inclusion of second-order terms of finite rotations. All the non-linear terms due to bending moment, torsional moment, and axial force are precisely considered. The concept of plastic hinges is introduced and the incremental load/displacement method is applied for elasto-plastic analyses. The initial yield surface is defined based on the residual stress, and the full plastification surface is considered under the combined action of axial forces, bending and torsional moments. The elasto-plastic stiffness matrices are derived using the flow rule and the normality condition of the limit function. Finite element solutions for the ultimate strength of space frames are compared with available solutions and experimental results.
Kim, Se-Hoon;Na, Ok-Pin;Kim, Sung-Il;Lee, Jae-Jin;Kang, Dae-Hung
Journal of the Korean Society for Railway
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v.15
no.4
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pp.413-421
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2012
The purpose of this study is to evaluate the structural dynamic behavior under hybrid control system. The hybrid test is to consider the interaction between the numerical and physical models. In this paper, single degree of freedom hybrid test was performed with one-bay, two-story steel frame structure. One column at the first floor was selected as a physical substructure and one actuator was used for applying the displacement load in horizontal direction. El Centro as earthquake waves was inputted and OpenSees was employed as the numerical analysis program for the hybrid real-time simulation. As a result, the total time of the hybrid test was about 9.6% of actual measured seismic period. The experimental results agreed well with the numerical one in terms of the maximum displacement. In nonlinear analysis, however, material nonlinearity made a difference of residual strain. Therefore, this hybrid dynamic test can be used to predict the structural dynamic performance more effectively than shaking table test, because of the spatial and economic limitations.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.13
no.3
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pp.337-349
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2000
Genetic Algorithms(GA) together with simulated annealing are often called methods of last resorts since they can be applicable to any kind of problems, particularly those to which no sophisticated procedures are applicable or feasible. The design of structures is primarily the process of selecting a section for each member from those available in the market, resulting in the problem of combinatorial nature. Therefore it is usual for the design space to include astronomical number of designs making the search in the space often impossible. In this work, Genetic Algorithms and some related technique are introduced and applied to the design of steel frameworks. In problems with a small number of design variables, GA found true global optima. GA also found true optima for the continuous variable test problems and proved their applicability to structural optimization. For those problems of real size, however, it appears to be difficult to expect GA to find optimum or even near optimum designs. The use of G bit improvement added to ordinary GA has shown much better results and draws attention for further research.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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