Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2008.11a
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pp.235-239
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2008
Cable systems are a construction of elements carrying only tension and no compression or bending in membrane structure. Tensile membrane structures are most often used as roofs as they can economically and attractively span large distances. But cable systems have weaknesses to vibration by earthquake, wind and vehicle loads. Damage detection of cable systems by using existing safety diagnosis is difficult to detect the characteristic change of overall structural action. If cable snaps are occurred to cable release and tear in tension structures, these are set up a vibration. So, we used piezo-electric materials, and The principle of operation of a piezoelectric sensor is that a physical dimension, transformed into a force, acts on two opposing faces of the sensing element. In this study, the development on test method of cable system is proposed and tested by tensile strength using piezo-electric materials.
Wen-ming Zhang;Yu-peng Chen;Shi-han Wang;Xiao-fan Lu
Structural Engineering and Mechanics
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v.90
no.4
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pp.325-343
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2024
Triple-tower double-cable suspension bridges have increased confinement stiffness imposed by the main cable on the middle tower, which has bright application prospects. However, vertical bending and torsional vibrations of the double-cable and the girder are coupled in such bridges due to the hangers. In particular, the bending vibration of the towers in the longitudinal direction and torsional vibrations about the vertical axis influence the vertical bending and torsional vibrations of the stiffening girders, respectively. The conventional analytical algorithm for assessing the dynamic features of the suspension bridge is not directly applicable to this type of bridge. This study attempts to mitigate this problem by introducing an analytical algorithm for solving the triple-tower double-cable suspension bridge's natural frequencies and mode shapes. D'Alembert's principle is employed to construct the differential equations of the vertical bending and torsional vibrations of the stiffening girder continuum in each span. Vibrations of stiffening girders in each span are interrelated via the vibrations of the main cables and the bridge towers. On this basis, the natural frequencies and mode shapes are derived by separating variables. The proposed algorithm is then applied to an engineering example. The natural frequencies and mode shapes of vertical bending and torsional vibrations derived by the analytical algorithm agreed well with calculations via the finite element method. The fundamental frequency of vertical bending and first- and second-order torsion frequencies of double-cable suspension bridges are much higher than those of single-cable suspension bridges. The analytical algorithm has high computational efficiency and calculation accuracy, which can provide a reference for selecting appropriate structural parameters to meet the requirements of dynamics during the preliminary design.
Cable supported structures have been widely used in civil engineering. Cable tension estimation has great importance in cable supported structures' analysis, ranging from design to construction and from inspection to maintenance. Even though the Bernoulli-Euler beam element is commonly used in the traditional finite element method for calculation of frequency and cable tension estimation, many elements must be meshed to achieve accurate results, leading to expensive computation. To improve the accuracy and efficiency, a dynamic finite element method for estimation of cable tension is proposed. In this method, following the dynamic stiffness matrix method, frequency-dependent shape functions are adopted to derive the stiffness and mass matrices of an exact beam element that can be used for natural frequency calculation and cable tension estimation. An iterative algorithm is used for the exact beam element to determine both the exact natural frequencies and the cable tension. Illustrative examples show that, compared with the cable tension estimation method using the conventional beam element, the proposed method has a distinct advantage regarding the accuracy and the computational time.
In this study, the control of the shape of pre-stressed cable structures and the effective control element were examined. The process of deriving the displacement control equations using the force method was explained, and the concurrent control scheme (CCS) and the sequence control scheme (SCS) were proposed. To explain the control scheme process, the quadrilateral cable net model was adopted and classified into a regular model and an irregular model for the analysis of the control results. In the control analysis of the regular model, the CCS and SCS analysis results proved reliable. For the SCS, the errors occur in the control stage and varied according to the control sequence. In the control analysis of the irregular model, the CCS analysis result also proved relatively reliable, and the SCS analysis result with the correction of errors in each stage was found nearly consistent with the target shape after the control. Finally, to investigate an effective control element, the Geiger cable dome was adopted. A set of non-redundant elements was evaluated in the reduced row echelon form of a coefficient matrix of control equations. Important elements for shape control were also evaluated using overlapping elements in the element sets, which were selected based on cable adjustments.
Cable domes deform very largely because of the characteristics of flexible hybrid system and pre-tension, and include geometrical non-linearity in those structural behavior. Especially wind load is more dominant than seismic load, because cable domes are flexible structures whose bending stiffness is very small and self-weight is very light. Therefore, in this paper, the Modified Stiffly Stable Method is applied to analyze the nonlinear dynamic behavior of cable domes and compared these results with ones of the $Newmark-{\beta}$ Method which is generally used. The Seoul Olympic Gymnastic Arena is taken as an numerical example and three kinds of models with giving each different intensity of pre-tension are selected. And dynamic nonlinear behavior of cable domes are analyzed by artificial spectrum of wind velocity wave which is similar to actual wind loads.
Cable-supported ribbed beam composite slab structure (CBS) is proposed in this study. As a new cable-supported structure, it has many merits such as long span availability and cost-saving. Inspired by the previous research on cable-supported structures, the fabrication and construction process are developed. Pre-stress design method based on static equilibrium analysis is presented. In the algorithm, the iteration convergence can be accelerated and the calculation result can be kept in an acceptable precision by setting a rational threshold value. The accuracy of this method is also verified by experimental study on a 1:5 scaled model. Further, important parameters affecting the mechanical features of the CBS are discussed. The results indicate that the increases of sag-span ratio, depth of the ribbed beam and cable diameter can improve the mechanical behavior of the CBS by some extent, but the influence of strut sections on mechanical behavior of the CBS is negligible.
Many papers which deal with the dynamic instability of shell-like structures under the STEP load have been published. But, there have been few papers related to the dynamic instability of hybrid cable domes. In this study, the dynamic instability of hybrid cable domes considering geometric nonlinearity is investigated by a numerical method. The characteristic structural behaviour of a cable dome shows a strong nonlinearity, so we determine the shape of a cable dome by applying initial stress and examine the indirect buckling mechanism under dynamic external forces. The dynamic critical loads are determined by the numerical integration of the nonlinear equation of motion, and the indirect buckling is examined by using the phase plane to investigate the occurrence of chaos.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1998.10a
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pp.298-305
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1998
The purpose of this study is to propose the method of determining the initial fabric membrane structures surface and membrane patterning procedures. Tension structure, such as, fabric membrane structures and cable-net, is stabilized by their initial prestress and boundary condition. The process to find initial structural overall shape of tension structures produced by initial prestress called Shape Finding or Shape Analysis. One of the most important factor for the design of membrane structures is to search initial smooth surface, because unlike steel or concrete building elements which resist loads in bending, all tension structure forces are carried within the surface by membrane stress or cable tension. To obtain initial surface of fabric membrane element in large deformation analysis, the membrane element is idealized as cable using a technique with Force-density method. and that result is compared with well-known nonlinear numerical method, such as Newton-raphson method and Dynamic relaxation method. The shape resulting from Force-density method has been dealt with as the initial membrane shape and used patterning procedures.
This paper presented a new aerial platform-AERORail for rail transport and its structure evolution based on the elastic stiffness of cable; through the analysis on the cable properties when the cable supported a small service load with high-tensile force, summarized the theoretical basis of the AERORail structure and the corresponding simplified analysis model. There were 60 groups of experiments for a single naked cable model under different tensile forces and different services loads, and 48 groups of experiments for the cable with rail combined structure model. The experimental results of deflection characteristics were compared with the theoretical values for these two types of structures under the same conditions. It proved that the results almost met the classical cable theory. The reason is that a small deflection was required when this structure was applied. After the tension increments tests with moving load, it is verified that the relationships between the structure stiffness and tension force and service load are simple. Before further research and applications are made, these results are necessary for the determination of the reasonable and economic tensile force, allowable service load for the special span length for this new platform.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.6
no.2
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pp.97-104
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2015
Compared with a strong axial rigidity due to large intial tension, cable has a weak laterally flexural rigidity. A variety of dynamic loads such as traffic loads and wind loads etc. cause the cables to vibrate significantly and affect the mechanical properties and the performance of cables. Therefore, vibration reduction design is an urgent task to control the vibration of cable-supported bridges. Because a various kind of dampers have shown to reduce the amplitude and duration time of vibration of cable from measured date in field test, damper can be considered that it is effective device significantly to reduce the amplitude and duration time in vibration of cable. Vibration characteristics of cable can change according to manufacturing method and type of established form, and damper has been designed according to distribution of natural frequencies and vibration modes. In this study, numerical analysis is used to show the reduction effects of vibrations and present the design of damper for vibration reduction of cable.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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