The load distribution and deformation of pile-bent structures are investigated using a numerical study. A numerical analysis that takes into account the effects of varying cross-sectional area was performed for different pier diameters, loading steps, and soil conditions. Through the comparison study, it is shown that the location of maximum bending moment is almost the same per each loading step, regardless of varying cross-sections. However, the member force (i.e., stress of pile material) has the largest value at the ground surface when the cross-section is changed. Based on the results obtained, it is found that the location of maximum member force influences highly the behavior of pile-bent structure with varying cross-sections for repair works.
The current trends in steel construction intend to use tapered sections to minimize as much as possible the use of excess material. This can be done by choosing the cross-sections to be as economical as possible, leaving the classical approach of using prismatic members. In addition, it is important to predict the buckling behavior of tapered member with large depth-to-thickness ratio in order to prevent the collapse of PEB system subjected to overloads. An experimental investigation of buckling behavior of tapered beam was presented. The primary test parameter was depth-to-thickness ratio and taper ratio. Using initial stiffness and load-carrying capacity proposed by current provision, the simple plastic hinge method using modified Yoda's model and finite element analysis, the prediction of a moment-rotation curve of linearly tapered member was presented. Moreover, comparisons between analytical and experimental data for moment-rotation curves were accomplished.
Recently, in the domestic amount of materials,curtailment and economic efficiency security by purpose, tapered beam application is achieved, but the architectural design technology of today based on the material non-linear method does not consider solutions to problems such as brittle fracture. So, geometric non-linear evaluation thatincludes initial deformation, width-thickness ratio, web stiffener and unbraced length is required. Therefore, in this study, we used ANSYS, a proven finite elementanalysis program,and material and geometric non-linear analysis to study existing and completed tapered H-section as deep beam's analysis model. Main parameters include the width-thickness ratio of web, stiffener, and flange brace, with the experimental result obtained by main variable buckling and limit strength evaluation. We made certain that a large width-thickness ratio of the web decreases the buckling strength and short unbraced web significantly improves ductility.
일반적으로 연속경간을 가지는 강합성 I-형강 교량에 있어서 내부 지점 부근에서 상대적으로 큰 부모멘트가 발생하므로, 이에 경제적인 단면 활용을 위하여 변단면을 적용하여 휨강도를 증가시킨다. 본 연구에서는 기존 강도계산식에 관한 연구를 토대로 하여 비탄성 구간에 있는 변단면 I형보의 횡-비틀림 좌굴강도를 유한요소해석프로그램 ABAQUS(2007)를 이용하여 산정하고, 간편한 설계식을 제안하고 있다. 지간 한쪽 끝에 계단식 단면변화를 가지는 보에 대해서 고려하였으며, 플랜지 길이방향 비, 너비방향 비, 두께의 비로 계단식 I형보를 나타내었다. 해석에 사용된 단면매개변수는 36가지 조합이며, 비탄성 횡-비틀림 거동을 고려하기위하여 잔류응력 및 초기결함을 고려한 비선형해석을 실시하였는데, Pi(1995)등이 고려한 잔류응력의 형상과 국내 I형강 표준 치수 허용치에 근거하여 부재 길이의 0.1%를 초기제작오차로 고려하였다. 해석모델의 양쪽 끝단에는 모멘트하중을 재하하였다. 개발 제한된 식은 선형 모멘트 하중이 작용할 때 적용가능한 식으로 경제적이고 합리적인 설계에 적극 활용될 수 있을 것이다.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2011.04a
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pp.702-705
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2011
본 논문에서는 초고층 전단벽-아웃리거 시스템에 대해, 기존의 근사해석법과 유전알고리즘을 이용하여, 물량최적설계 기반의 구성요소 단면 및 아웃리거 최적위치 결정에 관해 연구를 진행하였다. 아웃리거 시스템의 최적성은 아웃리거의 위치와 아웃리거 시스템을 구성하는 전단벽-아웃리거, 외곽기둥의 단면 성능의 복잡한 관계에 의해 역학적으로 결정된다. 하지만 기존의 아웃리거 시스템의 최적화 연구는 대부분 전단벽과 아웃리거, 외곽기둥의 단면은 고정된 상태에서, 아웃리거의 위치만 설계변수로 하여 아웃리거의 최적위치를 찾는 연구에 국한되어 있다. 이에 본 연구에서는 G.A.를 이용하여, 아웃리거 설치위치뿐만 아니라 전단벽과 아웃리거, 외곽기둥의 단면까지 설계변수로 하여 물량최적설계 조건을 만족시키는 아웃리거시스템의 최적설계 연구를 진행하였다. 또한 반복 계산의 시간을 줄이기 위해 기존의 근사해석법을 사용하였다. 본 연구의 결과는 초고층 구조물의 초기 설계 시에 구성요소의 단면 및 아웃리거 설치 층의 선정에 적극 활용될 수 있을 것이다.
An, Hyun-Jung;Kim, Hyo-Jin;Kim, Bong-Geun;Lee, Sang-Ho
한국방재학회:학술대회논문집
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2010.02a
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pp.41.2-41.2
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2010
하천, 해상 등에 위치한 교량 설계시 선박충돌을 방지하기 위해 교각 위치를 변화시킬 필요성이 발생한다. 이 때, 교각 위치에 따른 변단면을 갖는 PSC(Prestressed concrete) 박스거더의 형상 변화를 효과적으로 변경하기 위해 고려해야하는 구속조건을 추출하고 정의하였다. PSC 박스거더는 변단면 시공에 일반적으로 적용되는 FCM(Free cantilever method) 공법이 착용된 교량을 착용했으며, 구속조건 정의를 위해 설계지침서를 분석하여 구속조건으로 작용하는 매개변수를 추출하였다. 정의한 구속조건의 적용성을 검증하기 위해 파라메트릭 모델링을 수행하였으며, 그 결과로 생성된 모델에 대한 물량을 산출하여 대상교량에서 산출된 실제 물량과 비교 분석하였다.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.34
no.4
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pp.99-107
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1997
A mixed type finite element method is applied to the nonuniform shear warping beam theory which is very useful for the structural analysis of thin-walled sectional beams considering the shear deformation. As known generally, it is shown that the mixed type finite element method, compared with the displacement type one, can give more balanced accuracy of results in calculating the stresses and displacements of the structure. In this paper, one typical example, the flexural-torsional problem of a discontinuously variable sectional beam under coupled end torsional moments, is selected and analyzed to validate the usefulness of the developed beam element.
This paper presents a new analytical model for estimating the free vibration of tapered friction piles. The governing differential equation for the free vibration of statically axially-loaded piles embedded in non-homogeneous soil is derived. The equation is numerically integrated by the Runge-Kutta method, and then the eigenvalue of natural frequency is determined by the Regula-Falsi scheme. For a cylindrical non-tapered pile, the computed natural frequencies compare well with the available data from literature. Numerical examples are presented to investigate the effects of the tapering, the skin friction resistance, the end condition of the pile, the vertical compressive loading, and the soil non-homogeneity on the natural frequency and mode shape of tapered friction piles.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.23
no.4
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pp.417-424
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2010
This study proposes a parametric modeling method for efficient preliminary design of FCM(Free Cantilever Method) bridge. The method is capable of automatic fitting of cross section according to variation of span length of box girder which has variational section. Parameters for forming longitudinal geometry of box girder are defined, then implicit and explicit constraints, and functional relations among them are defined by applying statistics of parameters used in FCM bridge designs. The constraints and relations are applied to a sample bridge for verifying applicability of parametric modeling. In addition, material quantity of the sample model generated by parametric modeling is estimated and compared to the quantity of the real designed model to check the accuracy of the automatically designed parametric model.
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.9
no.4
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pp.1-9
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2009
This paper investigates inelastic lateral-torsional buckling of stepped beams subjected to uniformly distributed load and end moments. A three-dimensional finite-element program ABAQUS (2007) and a regression program MINITAB(2006) were used to analytically develop new design equation for singly and doubly stepped beams with simple boundary condition. The flanges of the smaller cross-section in the stepped beams were fixed at 30.48 by 2.54 cm, whereas the width and thickness of the flanges of the larger cross-section varied. The web thickness and height of the beams were kept at 1.65 cm and 88.9 cm, respectively. The ratios of the flange thickness, flange width, and stepped length of beam are considered with analytical parameters. Two groups of 27 cases and 36 cases, respectively, were analyzed for doubly and singly stepped beams in the inelastic buckling range. The combined effects of residual stresses and geometrical imperfection on inelastic lateral-torsional buckling of beams are considered. The distributions of residual stress of the cross-section is same as shown in Pi and Trahair (1995) and the initial geometric imperfection of the beam is set by central displacement equal to 0.1% of the unbraced length of beam. The comparisons between results from proposed equations and the results from finite element analyses were presented in this paper. The maximum differences of two results are of 13% for the doubly stepped beam and 10% for the singly stepped beam. The proposed equations definitely improve current design methods for the inelastic lateral-torsional buckling problem and increase efficiency in building and bridge design.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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