In this work, a mathematical model of beam-column system carrying a double eccentric end mass system is investigated, and solved analytically based on the exact solution analysis. The model considers the case in which the double eccentric end mass is a rigid storage tank containing fluid. Both Timoshenko and Bernoulli-Euler beam bending theories are considered. Equation of motion, general solution and boundary conditions for the present system model are developed and presented in dimensional and non-dimensional format. Several important non-dimensional design parameters are introduced. Symbolic and/or explicit formulae of the frequency and mode shape equations are formulated. To the authors knowledge, the present reduced closed form symbolic and explicit frequency equations have not appeared in literature. For different applications, the results are validated using commercial finite element package, namely ANSYS. The beam-column system investigated in this paper is significant for many engineering applications, especially, in mechanical and structural systems.
Zabihi, Alireza;Tsang, Hing-Ho;Gad, Emad F.;Wilson, John L.
Structural Engineering and Mechanics
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제71권4호
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pp.341-350
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2019
Exterior beam-column joint is typically the weakest link in a limited-ductile reinforced concrete (RC) frame structure. The use of diagonal haunch element has been considered as a desirable seismic retrofit option for reducing the seismic demand at the joint. Previous research globally has focused on implementing double haunches, while the use of single haunch element as a less-invasive and more architecturally favorable retrofit option has not been investigated. In this paper, the key formulations and a design procedure for the single haunch system for retrofitting RC exterior beam-column joint are developed. An application of the proposed design procedure is then illustrated through a case study.
Attempts at improving beam-column joint performance has resulted in non-conventional ways of reinforcement such as the use of the crossed inclined bars in the joint area. Despite the wide accumulation of test data, the influence of the crossed inclined bars on the shear strength of the cyclically loaded exterior beam-column joints has not yet been quantified and incorporated into code recommendations. In this study, the investigation of joints has been pursued on two different fronts. In the first approach, the parameters that influence the behaviour of the cyclically loaded beam-column joints are investigated. Several parametric studies are carried out to explore the shear resisting mechanisms of cyclically loaded beam-column joints using an experimental database consisting of a large number of joint tests. In the second approach, the mechanical behaviour of joints is investigated and the equations for the principal tensile strain and the average shear stress are derived from joint mechanics. It is apparent that the predictions of these two approaches agree well with each other. A design equation that predicts the shear strength of the cyclically loaded exterior beam-column joints is proposed. The design equation proposed has three major differences from the previously suggested design equations. First, the influence of the bond conditions on the joint shear strength is considered. Second, the equation takes the influence of the shear transfer mechanisms of the crossed inclined bars into account and, third, the equation is applicable on joints with high concrete cylinder strength. The proposed equation is compared with the predictions of the other design equations. It is apparent that the proposed design equation predicts the joint shear strength accurately and is an improvement on the existing code recommendations.
This research studied robust design of column part for LCD transfer system. $1^{st}$ DOE(Design of Experiment)was conducted to find out main effect factors. 36 experiments were performed and their results were shows that the geometric parameters(Low-length, Side-length, Upper-thickness, Middle-thickness)are more important than other factors. The main effect plots shows that the maximum deflection of column is minimized with increasing Low-length, Side-length, under-thickness and Middle-thickness. $2^{nd}$ DOE was conducted to obtain RMS(Response Surface Method)equation 25 experiments were conducted. The CCD(Central Composite Design)technique with four factors were used. The coefficient of determination $(R^2)$ for the calculated RSM equation was 0.986. Optimum design was conducted using the RSM equation Multi-island genetic algorithm was used to optimum design. Optimum value for Low-length. Side-length, Upper-thickness and Middle-thickness were 299.8mm, 180.3mm, 21.7mm, 21.9mm respectively. An approximate value of 5.054mm in deflection was expected to be a maximum under the optimum conditions. Six sigma robust design was conducted to find out guideline for control range of design parameter. To acquire six sigma level reliability, the standard deviation of design parameter should be controlled within 2% of average design value.
In the design of ductile moment-resisting frames (DMRFs) following the strong column-weak beam dsign philosophy, it is desirable that the joint and column remain essentially elastic in order to insure proper energy dissipation and lateral stability of the structure. The joint has been identified as the "weak link" in DMRFs because any stiffness or strength deterioration in this region can lead to substantial drifts and the possibility of collapse due to P-delta effects. Moreover, the engineer is faced with the difficult task of detailing an element whose size is determined by the framing members, but which must resist a set of loads very different from those used in the design of the beams and columns. Four 2/3-scale beam-column-slab joint assemblies were designed according to existing code requirements of ACI 318-89, representing interior joints of DMRFs with reinforced high strength concrete. The influence on aseismic behavior of beam-column joints due to monolithic slab, has been investigated.estigated.
A new tower internal, which is called CSE, is presented. The CSE is composed of a nozzle perforated in its bottom along the entire periphery and equipped with a multi vane axial swirler at the inlet and hollow cylindrical separator at the outlet of the nozzle. According to the experimental work for obtaining the necessary hydraulic information of the CSE, which is used for preliminary design of a separation column, the CSE showed a stable operation over the wide rage of gas/liquid ratio. However, it caused large pressure drop due to the high gas velocity which should carry liquid droplets through the element. The high pressure drop may cause problems in energy recovery and the application of the CSE can be limited to the high pressure columns. Assuming that the tray efficiency of the CSE is the same with the existing separation columns, the results of the column design showed the size reduction of the column diameters by 30 to $40\%$ and investment cost saving, depending on operating conditions. The application of the CSE to separation column may also contribute to the de-bottlenecking the existing column.
A new type of precast steel reinforced concrete (PSRC) column was put forward in this paper. In order to study the static performance of PSRC column and hollow precast steel reinforced concrete (HPSRC) column subjected to combined compression and shear loading, a parametric test was carried out and effects of axial compression ratio, concrete strength and shear ratio on the mechanical behavior of composite PSRC column and HPSRC column were explored. In addition, the cracks development, load-span displacement relationship, strain distribution and shear bearing strength of column specimens were emphatically focused. Test results implied that shear failure of all specimens occurred during the test, and higher strength of cast-in-place concrete, smaller shear ratio and larger axial compression ratio could lead to greater shear resistance, but when the axial compression ratio was larger than 0.36, the shear capacity began to decrease gradually. Furthermore, truss-arch model for determining the shear strength of PSRC column and HPSRC column was proposed and the calculated results obtained from proposed method were verified to be valid.
An optimization algorithm based on Genetic Algorithm(GA) is developed for discrete optimization of reinforced concrete plane frame by constructing databases. Under multiple loading conditions, discrete optimum sets of reinforcements for both negative and positive moments in beams, their dimensions, column reinforcement, and their column dimensions are found. Construction practice is also implemented by linking columns and beams by group ‘Connectivity’between columns located in the same column line is also considered. It is shown that the developed genetic algorithm was able to reach optimum design for reinforced concrete plane frame construction practice.
Recently, two unique high rise buildings have been designed and constructed in Korea. The two buildings, which consist of mega braces and mega columns, are 70-story, 105-story high rise buildings. Through two external structural frame systems, it will be analyzed mechanical and structural characteristic mega column and mega brace system in this report. Particularly, the joint has been studied through the analytical method based on the load transfer mechanism at the point where a mega brace and mega column meets.
본 연구에서는 중심축하중을 받는 각형강관기둥의 베이스플레이트의 지압응력의 분포와 설계에 대하여 조사하였다. 일반적으로 강구조 기둥의 베이스플레이트는 지압응력이 등분포하다고 가정하고 그 크기와 두께를 결정한다. 그러나 축하중이 적으면 베이스플레이트의 크기도 작아지고 두께도 얇아지며 지압응력은 등분포하게 되지 않으며 기둥단면의 하부에 집중된다. 본 연구에서는 실험적 방법과 해석적 방법으로 지압응력의 분포에 대하여 조사하고 그 결과를 이용하여 설계법을 검토하였다. 4개의 각형강관기둥 베이스플레이트 시험체를 제작하여 실험을 수행하였다. 또한 유한요소해석프로그램인 ANSYS를 이용하여 베이스플레이트의 지압응력의 분포를 해석하였다. 연구결과 축하중이 적은 경우 지압응력은 기둥단면의 하부에 집중되고 등분포하지 않으므로 유효폭의 개념을 이용하여 베이스플레이트를 설계하는 방법이 적절함을 나타내었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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