KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.5
no.3
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pp.95-105
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1985
This dissertation presents an exact solution for the normal and shearing stresses of an orthotropic plane body loaded by a moment load. The solution satisfies the conditions of equilibrium compatibility equations concurrently and is governing for the body being in the elasto-plastic state. An Airy stress function is introduced to solve the problem related to an orthotropic half-infinite plane under a moment load. All the equations for orthotropy must be degenerated into the expressions for isotropy when orthotropic constants are replaced by isotropic ones. The author has evaluated all the equations of orthotropy and succeeded in obtaining exactly identical expressions to the equations of isotropy which were derived independently by of L'hosptials rule. The analytical results of isotropy are compared with the simple results of other investigator. Since moment Load under the elastic state and plastic state only is a particular case of moment load under the elasto-plastic state. All the equations of elasto-plastic state case are degenerated into the expressions for the each case. The formal solution is expressed in terms of closed form. The orthotropic constants are evaluated for two kinds and two different orientations of the grain of wood and two kinds of structures. The numerical results for orthotropy are evaluated for one kind and two different orientations of three-layered ply wood. The distribution of normal and shearing stresses are shown in figures. It is noted that the distribution of stresses of orthotropic materials depends on the type of materials and orientations of the grain and stiffening.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.7
no.3
s.25
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pp.79-86
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2007
Recently, as steel structures become higher and more long-spanned, construction of high-strength steels is increasing gradually. Application of high-strength steel can be possible to make a more light and economic steel structures by reducing thickness and space. To apply a high-strength steel to structure, criteria of high-strength steel for buckling is required. However, current specification is not sufficient for criteria of high-strength steels. In this paper, buckling behavior of high-strength steel truss columns with box sections is investigated by using three-dimensional elastic-plastic finite deformation analysis program. The criteria equation for allowable compressive stress of high-strength steel truss columns with box sections is proposed and confirmed the applicability. It is reasonable form analytical results that formulated equations after finding the upper limit of allowable axial direction compression stresses of high-strength steel truss columns. And new equation is suitable to buckling design of high-strength steel truss columns.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.5
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pp.567-573
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2010
In this study, we evaluated the structural integrity and weight of a rocket motor with a torispherical dome by size optimization. Size optimization was achieved by first-order and sub-problem methods, using the Ansys Parametric Design Language (APDL). For rapid design verification, a modified 2D axisymmetric finite-element model was used, and the bolt pre-tension load was expressed as function of the ratio of the cross-sectional area. The thickness of the dome and the cylindrical part of the rocket motor were selected as the design parameters. Our results showed that the weight and structural integrity of the rocket motor at the initial design stage could be determined more rapidly and accurately with the modified 2D axisymmetric finite-element model than with the 3D finite-element model; further, the weight of the rocket motor could be saved to maximum of 17.6% within safety limit.
The aim of this research is to model the behaviour of recently developed high force to volume (HF2V) passive energy dissipation devices using a simple finite element (FE) model. Thus, the end result will be suitable for use in a standard FE code to enable computationally fast and efficient analysis and design. Two models are developed. First, a detailed axial model that models an experimental setup is created to validate the approach versus experimental results. Second, a computationally and geometrically simpler equivalent rotational hinge element model is presented. Both models are created in ABAQUS, a standard nonlinear FE code. The elastic, plastic and damping properties of the elements used to model the HF2V devices are based on results from a series of quasi-static force-displacement loops and velocity based tests of these HF2V devices. Comparison of the FE model results with the experimental results from a half scale steel beam-column sub-assembly are within 10% error. The rotational model matches the output of the more complex and computationally expensive axial element model. The simpler model will allow computationally efficient non-linear analysis of large structures with many degrees of freedom, while the more complex and physically accurate axial model will allow detailed analysis of joint connection architecture. Their high correlation to experimental results helps better guarantee the fidelity of the results of such investigations.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.36
no.3
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pp.313-318
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2012
In CANDU, feeder pipes supply heavy water to pressure tube and steam generator. Under service conditions, Flow-Accelerated Corrosion (FAC) produces local wall-thinning in the feeder pipes. The wall-thinning in these pipes affects the integrity of the piping system, as verified in previous research. This paper provides limit loads for wallthinned feeder pipes with $45^{\circ}$ and $60^{\circ}$ bend angles, and proposes an equation that predicts the limit loads for wallthinned feeder pipes with arbitrary bend angles. On the basis of finite element limit analyses, limit loads are obtained for wall-thinned feeder pipes under in-plane bending and internal pressure. There are two cases of in-plane bending: the in-plane closing direction and the in-plane opening direction. The material is considered the effect of the large deformation, so an elastic-perfectly-plastic material is assumed in the calculations.
For economical earthquake resistant design of cable-stayed bridge tower, the use of energy dissipation systems for the earthquake protection of steel structures represents an alternative seismic design method where the tower structure could be constructed to dissipate a large amount of earthquake input energy through inelastic deformations in certain positions, which could be easily retrofitted after damage. The design of energy dissipation systems for bridges could be achieved as the result of two conflicting requirements: no damage under serviceability limit state load condition and maximum dissipation under ultimate limit state load condition. A new concept for cable-stayed bridge tower seismic design that incorporates sacrificial link scheme of low yield point steel horizontal beam is introduced to enable the tower frame structure to remain elastic under large seismic excitation. A nonlinear dynamic analysis for the tower model with the proposed energy dissipation systems is carried out and compared to the response obtained for the tower with its original configuration. The improvement in seismic performance of the tower with supplemental passive energy dissipation system has been measured in terms of the reduction achieved in different response quantities. Obtained results show that the proposed energy dissipation system of low yield point steel seismic link could strongly enhance the seismic performance of the tower structure where the tower and the overall bridge demands are significantly reduced. Low yield point steel seismic link effectively reduces the damage of main structural members under earthquake loading as seismic link yield level decreases due their exceptional behavior as well as its ability to undergo early plastic deformations achieving the concentration of inelastic deformation at tower horizontal beam.
This study was performed a series of the isotropic compression-expansion tests and the drained triaxial tests with various the relative densities 40%, 60%, 80% and 95% for bottom ash. Using the tests results the characteristic of the parameters of Lade's single hardening constitutive model were investigated. The soil parameters Kur and n representing elastic behavior are not much affected by the change of the relative density. The other parameters such as failure criterion(m, ${\eta}_1$), hardening function(c, p) and plastic potential(${\psi}_2$, ${\mu}$) are in a positive linear relationship with the relative density. Since the soil parameters h and ${\alpha}$ representing yield function do not change much to the change of relative density and also closely related to failure criterion, they can be replaced by failure criterion ${\eta}_1$. We also observed that predicted values from the Lade's single hardening constitutive model were well consistent with the observed data.
Precast concrete elements in accelerated bridge construction (ABC) extends from superstructure to substructure, precast pile foundation has proven a benefit for regions with fragile ecological environment and adverse geological condition. There is still a lack of knowledge of the seismic behavior and performance of the precast pile foundation. In this study, a 1/8 scaled model of precast pile foundation with elevated cap is fabricated for quasi-static test. The failure mechanism and responses of the precast pile-soil interaction system are analyzed. It is shown that damage occurs primarily in precast pile-soil interaction system and the bridge pier keeps elastic state because of its relatively large cross-section designed for railways. The vulnerable part of the precast pile with elevated cap is located at the embedded section, but no plastic hinge forms along the pile depth under cyclic loading. Hysteretic curves show no significant strength degradation but obvious stiffness degradation throughout the loading process. The energy dissipation capacity of the precast pile-soil interaction system is discussed by using index of the equivalent viscous damping ratio. It can be found that the energy dissipation capacity decreases with the increase of loading displacement due to the unyielding pile reinforcements and potential pile uplift. It is expected to promote the use of precast pile foundation in accelerated bridge construction (ABC) of railways designed in seismic regions.
In steel framed-tube structures (SFTSs), the plastic hinges at beam-ends cannot be adequately improved because of the large cross sections of spandrel beams, which results in the lower ductility and energy dissipation capacities of traditional SFTSs. To address this drawback, high-strength steel fabricated SFTSs with bolted web-connected replaceable shear links (HSFTS-SLs) have been proposed. In this system, shear links use conventional steel and are placed in the middle of the deep spandrel beams to act as energy dissipative components. In this study, 2/3-scaled HSFTS-SL specimens were fabricated, and cyclic loading tests were carried out to study the seismic performance of both specimens. The finite element models (FEMs) of the two specimens were established and the numerical results were compared with the test results. The results showed that the specimens had good ductility and energy dissipation capacities due to the reliable deformation capacities. The specimens presented the expected failure modes. Using a shorter shear link can provide a higher load-carrying capacity and initial elastic lateral stiffness but induces lower ductility and energy dissipation capacity in HSFTS-SLs. The performance of the specimens was comparable to that of the original sub-structure specimens after replacing shear links. Additionally, the expected post-earthquake recoverability and resilience of the structures could be achieved by replacing shear links. The acceptable residual interstory drift that allows for easy replacement of the bolted web-connected shear link was 0.23%. The bolted web-connected shear links had reliable hysteretic responses and deformation capacities. The connection rotation had a notable contribution to total link rotation. The results of the numerical analysis run for the proposed FEMs were consistent with the test results. It showed that the proposed FEMs could be used to investigate the seismic performance of the HSFTS-SL.
The use of high-strength steels in construction of highrise and mega building structures can bring about many technological advantages from fabrication to erection. However, key design criteria such as local and lateral stability in current steel design specifications were developed based on tests of ordinary steels which have stress-strain characteristics very different from that of high strength steels. A series of tests on 800 MPa tensile strength steel (HSA800) members are summarized in this paper which were conducted to investigate the appropriateness of extrapolating current ordinary-steel based design criteria to high strength steels. 800 MPa I-shape beam specimens designed according to flange local buckling (FLB) criteria of the AISC Specification developed a sufficient strength for elastic design and a marginal rotation capacity for plastic design. It is shown that, without introducing distinct and significant yield plateau to the stress-strain property of high-strength steel, it is inherently difficult to achieve a high rotation capacity even if all the current stability limits are met. 800 MPa I-shape beam specimens with both low and high warping rigidity exhibited sufficient lateral torsional buckling (LTB) strength. HSA800 short-column specimens with various edge restraint exhibited sufficient local buckling strength under uniform compression and generally outperformed ordinary steel specimens. The experimental P-M strength was much higher than the AISC nominal P-M strength. The measured residual stresses indicated that the impact of residual stress on inelastic buckling of high-strength steel is less. Cyclic seismic test results showed that HSA800 members have the potential to be used as non-ductile members or members with limited ductility demand in seismic load resisting systems. Finally, recent applications of 800 MPa high strength steel to highrise and mega building structures in Korea are briefly presented.
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