Li Zhu;Ray Kai-Leung Su;Wei Liu;Tian-Nan Han;Chao Chen
Steel and Composite Structures
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제48권2호
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pp.207-233
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2023
Steel-concrete composite box girder bridges are widely used in the construction of highway and railway bridges both domestically and abroad due to their advantages of being light weight and having a large spanning ability and very large torsional rigidity. Composite box girder bridges exhibit the effects of shear lag, restrained torsion, distortion and interface bidirectional slip under various loads during operation. As one of the most commonly used calculation tools in bridge engineering analysis, one-dimensional models offer the advantages of high calculation efficiency and strong stability. Currently, research on the one-dimensional model of composite beams mainly focuses on simulating interface longitudinal slip and the shear lag effect. There are relatively few studies on the one-dimensional model which can consider the effects of restrained torsion, distortion and interface transverse slip. Additionally, there are few studies on vehicle-bridge integrated systems where a one-dimensional model is used as a tool that only considers the calculations of natural frequency, mode and moving load conditions to study the dynamic response of composite beams. Some scholars have established a dynamic analysis model of a coupled composite beam bridge-train system, but where the composite beam is only simulated using a Euler beam or Timoshenko beam. As a result, it is impossible to comprehensively consider multiple complex force effects, such as shear lag, restrained torsion, distortion and interface bidirectional slip of composite beams. In this paper, a 27 DOF vehicle rigid body model is used to simulate train operation. A two-node 26 DOF finite beam element with composed box beams considering the effects of shear lag, restrained torsion, distortion and interface bidirectional slip is proposed. The dynamic analysis model of the coupled composite box girder bridge-train system is constructed based on the wheel-rail contact relationship of vertical close-fitting and lateral linear creeping slip. Furthermore, the accuracy of the dynamic analysis model is verified via the measured dynamic response data of a practical composite box girder bridge. Finally, the dynamic analysis model is applied in order to study the influence of various mechanical effects on the dynamic performance of the vehicle-bridge system.
Several frameworks for the dynamic analysis of wind-vehicle-bridge systems were presented in the past decade to study the safety or ride comfort of road vehicles as they pass through bridges under crosswinds. The wind loads on the vehicles were generally formed based on the aerodynamic parameters of the stationary vehicles on the ground, and the wind loads for the pure bridge decks without the effects of road vehicles. And very few studies were carried out to explore the dynamic effects of the aerodynamic interference between road vehicles and bridge decks, particularly for the moving road vehicles. In this study, the aerodynamic parameters for both the moving road vehicle and the deck considering the mutually-affected aerodynamic effects are formulized firstly. And the corresponding wind loads on the road vehicle-bridge system are obtained. Then a refined analytical framework of the WVB system incorporating the resultant wind loads, a driver model, and the road roughness in plane to fully consider the lateral motion of the road vehicle under crosswinds is proposed. It is shown that obvious lateral and yaw motions of the road vehicle occur. For the selected single road vehicle passing a long span bridge, slight effects are caused by the aerodynamic interference between the moving vehicle and deck on the dynamic responses of the system.
세장비가 작은 구조부재는 충돌과 같은 상황하에서 압축을 받는 경우, 축방향으로 접혀지는 소성 변형에 의해서 충돌에너지의 대부분을 흡수한다. 이 경우, 관성을 무시한다 하더라도 연강 부재의 정적인 하중에 대한 압괴강도에 비해서 변형률에 의한 영향으로 인해 동적 압괴 강도가 높아진다는 것은 잘 알려진 사실이다. 본 논문에서는 부재의 정적 하중에 대한 압괴강도 추정법을 소성변형의 운동학적 방법을 이용하여 수행하였다. 종래의 항복하중에 변형률을 고려한 동적 압괴 하중 추정치가 동적 영향을 과대평가하게 되므로 평균 소성변형 응력의 변형률에 대한 영향을 고려하여 튜브부재의 동적 압괴 강도 추정을 유도하였고, 이를 발표된 실험결과와 비교 검토하였다. 본 연구에서 얻은 만족스러운 결과를 토대로 하여 앞으로 이 방법을 선박의 충돌시 선수구조의 충돌에너지 흡수의 추정에 적용시킬 것이다.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제1권1호
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pp.13-19
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2009
The primary objective of this paper is to investigate the dynamic stability and survivability of a four-column classic TLP (tension-leg platform) under less-than-extreme storm conditions where one or more tendons have been lost due to damage or disconnect. The transient responses of the platform and tendon tensions at the moment of disconnection are particularly underscored. The numerical simulation is based on the BE-FE hybrid hull-tendon-riser coupled dynamic analysis in time domain. Compared to the common industry practice of checking the system without a failed tendon in the beginning, the maximum tension on the neighboring tendon can be significantly increased at the moment of disconnection due to the snap-like transient effects, which can lead to unexpected failure of the total system. It is also found that the transient effects can be reduced with the presence of TTRs (top-tensioned risers) with pneumatic tensioners. It is also seen that the TLP cannot survive in the 100-yr hurricane condition after losing one tendon.
A new inflow turbulence generation method and a combined dynamic SGS model recently developed by the authors were applied to evaluate the wind effects on 508 m high Taipei 101 Tower. Unlike the majority of the past studies on large eddy simulation (LES) of wind effects on tall buildings, the present numerical simulations were conducted for the full-scale tall building with Reynolds number greater than $10^8$. The inflow turbulent flow field was generated based on the new method called discretizing and synthesizing of random flow generation technique (DSRFG) with a prominent feature that the generated wind velocity fluctuations satisfy any target spectrum and target profiles of turbulence intensity and turbulence integral length scale. The new dynamic SGS model takes both advantages of one-equation SGS model and a dynamic production term without test-filtering operation, which is particular suitable to relative coarse grid situations and high Reynolds number flows. The results of comparative investigations with and without generation of inflow turbulence show that: (1) proper simulation of an inflow turbulent field is essential in accurate evaluation of dynamic wind loads on a tall building and the prescribed inflow turbulence characteristics can be adequately imposed on the inflow boundary by the DSRFG method; (2) the DSRFG can generate a large number of random vortex-like patterns in oncoming flow, leading to good agreements of both mean and dynamic forces with wind tunnel test results; (3) The dynamic mechanism of the adopted SGS model behaves adequately in the present LES and its integration with the DSRFG technique can provide satisfactory predictions of the wind effects on the super-tall building.
The design requirement for ground mounted sign structures are fairly well defined in the AASHTO Standard Specifications for Structural Supports for Highway Signs, Luminaries, and Traffic Signals and consists of applying an equivalent pseudo-dynamic loading to account for the dynamic effects of wind loads and ignores the dynamic effect due to moving vehicle loads. This design approach, however, should not be applied to the design of bridge mounted sign structures because ignoring the dynamic effects of the moving vehicle loads may produce non-conservative results, since the stiffness of the bridge structure can greatly influence the behavior. Not enough information is available in the literatures which provide guide lines to include the influence of moving vehicles in the design of the bridge mounted sign structures. This paper describes a theoretical methodology, Bridge-Vehicle Interaction Element, which can be utilized to account for the dynamic effect of moving vehicles. A case study is also included where this methodology was successfully applied. It was concluded that the bridge-vehicle interaction finite element developed can provide a more accurate representation of the behavior of bridge mounted sign structures. The result of these analysis enabled development of simple and effective retrofitting scheme for the existing support system of bridge-mounted-structure.
Polyurethane foam is the most efficient, high-performance insulation material, used for liquefied natural gas carrier (LNGC) insulation. Because LNGC is exposed to sloshing impact load due to ship motion of 6 degrees of freedom, polyurethane foam should be sufficient dynamic properties. The dynamic properties of these polyurethane foam depends on temperature and density. Therefore, this study investigates the dynamic response of polyurethane foam for various temperature($25^{\circ}C$, $-70^{\circ}C$, $-163^{\circ}C$) and density($90kg/m^3$, $113kg/m^3$, $134kg/m^3$, $150kg/m^3$) under drop impact test with impact energy of 20J, 50J, and 80J. For dynamic response was evaluated in terms of peak force, peak displacement, absorb energy, and the mechanical property with minimized density effects. The results show the effect of temperature and density on the polyurethane foam material for the dynamic response.
Sarmasti, Hadi;Abedi, Karim;Chenaghlou, Mohammad Reza
Wind and Structures
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제31권6호
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pp.509-522
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2020
Wind load is the principal cause for a large number of the collapse of transmission lines around the world. The transmission line is traditionally designed for wind load according to a linear equivalent method, in which dynamic effects of wind are not appropriately included. Therefore, in the present study, incremental dynamic analysis is utilized to investigate the stability behavior of a 400 kV transmission line under wind load. In that case, the effects of vibration of cables and aerodynamic damping of cables were considered on the stability behavior of the transmission line. Superposition of the harmonic waves method was used to calculate the wind load. The corresponding wind speed to the beginning of the transmission line collapse was determined by incremental dynamic analysis. Also, the effect of the yawed wind was studied to determine the critical attack angle by the incremental dynamic method. The results show the collapse mechanisms of the transmission line and the maximum supportable wind speed, which is predicted 6m/s less than the design wind speed of the studied transmission line. Based on the numerical modeling results, a retrofitting method has been proposed to prevent failure of the tower members under design wind speed.
스텔스 성능을 향상시키기 위해 꼬리날개를 제거한 무미익 항공기는 러더(rudder)를 대체하여 스포일러(spoiler)를 활용하여 방향조종을 수행한다. 짧은 시간에 스포일러 작동을 반복하는 경우 비정상적(unsteady)이고 비선형적인 공력특성이 발생하여 항공기 비행성능에 역효과(adverse effect)를 초래할 수 있다. 본 연구에서는 dynamic mesh 기법을 적용한 전산해석을 통하여 스포일러 전개에 따른 에어포일의 비정상 공력 특성을 해석하였다. 스포일러 전개 속도, 장착 위치, 전개 스케줄(deployment scheduling) 변화에 따른 공력특성을 분석하여 스포일러의 동적 작동에 따른 역효과를 감소시킬 수 있는 방안을 검토하였다. 스포일러 장착위치 및 전개 방식의 적절한 선정을 통해 스포일러 동적 역효과를 감소시킬 수 있음을 확인하였으며, 에어포일 형상최적화를 통한 역효과 감소방안에 대한 추가적인 연구가 필요한 것으로 판단된다. 이러한 동적 공력 데이터는 향후 무미익 형태의 항공기 개발에 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.
본 연구는 동적역량과 혁신성과 간의 관계를 탐험과 활용의 관점에서 구분된 운영역량과 IT역량이 조절하고 매개하는지를 조사하였다. 178개 기업의 설문지를 분석한 결과, 포착역량과 재구성역량이 점진적 혁신성과와 급진적 혁신성과에 정(+), 탐험적 운영역량과 활용적 운영역량이 점진적 혁신성과에 정(+), 탐험적 운영역량이 급진적 혁신성과에 정(+)의 영향을 미치고 있다. 또한 유의적인 상호작용항은 점진적 혁신성과에 대하여 '탐험적 운영역량*탐험적 IT역량', '탐험적 운영역량*활용적 IT역량', '활용적 운영역량*활용적 IT역량' 등이며, 급진적 혁신성과에 대하여 '탐험적 운영역량*탐험적 IT역량'이다. 유의한 매개효과가 검증된 경우는 7가지였다. 본 연구의 의미는 동적역량이 혁신성과에 미치는 영향을 직접 효과와 간접효과로 나누어 실증적인 연구를 최초로 시도하였으며 운영역량과 IT역량을 탐험과 활용 역량으로 구분하여 정밀한 분석을 하였다는 점이다. 본 연구 결과를 통하여 기업이 적응하고 진화하는데 동적역량과 운영역량이 상호보완적인 역할을 한다는 시사점을 얻을 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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