Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1998.10a
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pp.175-182
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1998
An analytical study to trace the nonlinear structural behavior of composite beams is undertaken to include the nonlinear material properties of steel sheeting, reinforcing steel bar and concrete. To trace Moment-curvature relations, sectioning analysis method and two simple formulas are developed. A simple power model which has been originally used to expect the flexural capacity of the beam to column connections is proposed and the second formula is composed of two experimental functions to express the Moment-curvature relation in the elastic and plastic range separately. The load-deflection behavior of the beams has been simulated by the step-by-step numerical integration method and is compared with the test results available.
Astarlioglu, Serdar;Memari, Ali M.;Scanlon, Andrew
Structural Engineering and Mechanics
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v.10
no.4
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pp.405-426
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2000
Two approximate methods based on mechanism analysis suitable for seismic assessment/design of structural concrete are reviewed. The methods involve use of equal energy concept or equal displacement concept along with appropriate patterns of inelastic deformations to relate structure's maximum lateral displacement to member and plastic deformations. One of these methods (Clough's method), defined here as a ductility-based approach, is examined in detail and a modification for its improvement is suggested. The modification is based on estimation of maximum inelastic displacement using inelastic design response spectra (IDRS) as an alternative to using equal energy concept. The IDRS for demand displacement ductilities are developed for a single degree of freedom model subjected to several accelerograms as functions of response modification factor (R), damping ratios, and strain hardening. The suggested revised methodology involves estimation of R as the ratio of elastic strength demand to code level demand, and determination of design base shear using $R_{design}{\leq}R$ and maximum displacement, determination of plastic displacement using IDRS and subsequent local plastic deformations. The methodology is demonstrated for the case of a 10-story precast wall panel building.
The analysis of thermally induced stresses in engineering structures is a very important and necessary task with respect to design and modeling of pressurized containers, heat exchangers, aircrafts segments, etc. to prevent them from failure and improve working conditions. So, the purpose of this study is to investigate elasto-plastic thermal stresses and deformations in a thin annular plate embedded into rigid container. To this end, analytical research devoted to mathematically and physically rigorous stress/strain analysis is performed. In order to evaluate the effect of logarithmic thermal gradients, commonly applied to structures which incorporate thin plate geometries, different thermal parameters such as temperature mismatch and varying constraint temperature were introduced into the model of elastic perfectly-plastic annular plate obeying the von Mises yield criterion with its associated flow rule. The results obtained may be used in sensitive to temperature differences aircraft structures where the thermal effects on equipment must be kept in mind.
To investigate the seismic performance of Y-shaped eccentrically braced frames fabricated with high-strength steel (Y-HSS-EBFs), a shake table test of a 1:2 scaled three-story Y-HSS-EBF specimen was performed. The input wave for the shake table test was generated by the ground motions of El Centro, Taft, and Lanzhou waves. The dynamic properties, acceleration, displacement, and strain responses were obtained from the test specimen and compared with previous test results. In addition, a finite element model of the test specimen was established using the SAP2000 software. Results from the numerical analysis were compared with the test specimen results. During the shake table test, the specimen exhibited sufficient overall structural stiffness and safety but suffered some localized damage. The lateral stiffness of the structure degenerated during the high seismic intensity earthquake. The maximum elastic and elastoplastic interstory drift of the test specimen for different peak ground accelerations were 1/872 and 1/71, respectively. During the high seismic intensity earthquake, the links of the test specimen entered the plastic stage to dissipate the earthquake energy, while other structural members remained in the elastic stage. The Y-HSS-EBF is a safe, dual system with reliable seismic performance. The numerical analysis results were in useful agreement with the test results. This finding indicated that the finite element model in SAP2000 provided a very accurate prediction of the Y-HSS-EBF structure's behavior during the seismic loadings.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2004.04a
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pp.209-216
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2004
Numerical analysis is carried out to identify the appropriateness of the design codes that is available for the tensile design of fastening system at Nuclear Power Plant (NPP) in this study. This study is intended for the cast-in-place anchor that is widely used for the fastening of equipment in Korean NPPs. The microplane model and the elastic-perfectly plastic model are employed for the quasi-brittle material like concrete and for the ductile material like anchor bolt as constitutive model for numerical analysis and smeared crack model is employed for the crack and damage phenomena. The developed numerical model is verified on a basis of the various test data of cast-in-place anchor. The appropriateness of both ACI 349 Code and CCD approach of CEB-FIP Code is evaluated for the tensile design of cast-in-place anchor and it is proved that both design codes give a conservative results compared with real tensile capacity of cast-in-place anchor.
For the evaluation of the capability of a tubular member of an offshore structure to absorb the collision energy, a simple method can be employed for the collision analysis without performing the detailed analysis. The most common simple method is the rigid-plastic method. However, in this method any characteristics for horizontal movement and rotation at the ends of the corresponding tubular member are not included. In a real structural system of an offshore structure, tubular members sustain a certain degree of elastic support from the adjacent structure. End fixity has influences in the behaviors of a tubular member. Three-dimensional FEM analysis can include the effect of end fixity fully, however in viewpoints of the inherent computational complexities of the 3-D approach, this is not the recommendable analysis at the initial design stage. In this paper, influence of end fixity on the behaviors of a tubular member is investigated, through a new approach and other approaches. A new analysis approach that includes the flexibility of the boundary points of the member is developed here. The flexibility at the ends of a tubular element is extracted using the rational reduction of the modeling characteristics. The property reduction is based on the static condensation of the related global stiffness matrix of a model to end nodal points of the tubular element. The load-displacement relation at the collision point of the tubular member with and without the end flexibility is obtained and compared. The new method lies between the rigid-plastic method and the 3-demensional analysis. It is self-evident that the rigid-plastic method gives high strengthening membrane effect of the member during global deformation, resulting in a steeper slope than the present method. On the while, full 3-D analysis gives less strengthening membrane effect on the member, resulting in a slow going load-displacement curve. Comparison of the load-displacement curves by the new approach with those by conventional methods gives the figures of the influence of end fixity on post-yielding behaviors of the relevant tubular member. One of the main contributions of this investigation is the development of an analytical rational procedure to figure out the post-yielding behaviors of a tubular member in offshore structures.
There are many Industry Code and Standard (ICS) for Structural Integrity Assessment (SIA) on welded structure with defect. The general ICSs, such as R6, BS 7910 and API 579-1/ASME FFS-1, provide equations to determine the upper bound residual stress profiles based on collections from many literatures. However, these residual stress profiles used in the SIA cause the conservative design for welded structures. In this study, the structural integrity assessment for girth weld in pipeline has been conducted based on fracture mechanics. In addition, thermo-elastic plastic FE analysis was performed for evaluating the residual stress of girth weld in pipeline. The weight function solution is used to determine the stress intensity factor using the residual stress profile obtained by the FE analysis. This approach can account for redistribution and relaxation of residual stress as the defects grow. In order to the evaluate quantitative comparison between BS 7910 and weight function solution, structural integrity assessment determining allowable crack size on cracked pipe was performed with failure assessment diagram.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.27
no.3
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pp.191-198
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2014
In this paper, structural integrity evaluation of reactor pressure vessel bottom head without penetration nozzles in core melting accident has been performed. Considering the analysis results of thermal load, weight of molten core debris and internal pressure, thermal load is the most significant factor in reactor vessel bottom head. The failure probability was evaluated according to the established failure criteria and the evaluation showed that the equivalent plastic strain results are lower than critical strain failure criteria. Thermal-structural coupled analyses show that the existence of elastic zone with a lower stress than yield strength is in the middle of bottom head thickness. As a result of analysis, the elastic zone became narrow and moved to the internal wall as the internal pressure increases, and it is evaluated that the structural integrity of reactor vessel is maintained under core melting accident.
In this paper, the equivalent elastic properties of fiber reinforced plastic laminar are investigated using various homogenization schemes. Although there are several methods for predicting the equivalent elastic properties such as analytical formula or semi-empirical formula, most of them have some limitations or are not much accurate when handling new composite material consisting of various fiber, matrix and fiber-volume fraction ratio. To resolve the issues, computational homogenization scheme is adopted with a representative volume element (RVE) comprised of a set of finite elements. Finally, the equivalent elastic properties are obtained by applying periodic boundary conditions. The obtained results are compared with those by the existing methods and test results. Also its effect on structural analysis results of the composite satellite panel is investigated.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.27
no.6
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pp.1-12
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2023
This paper assesses the suitability of existing standards for plastic material models and performance level evaluation methods in seismic performance evaluations of concrete dam piers during Maximum Credible Earthquakes (MCE). Dynamic plastic analysis was conducted to examine the applicability of the plastic material model under various conditions. As a result reveal that when the minimum reinforcement ratio is not met, the average stress-average strain method recommended in current dam seismic performance evaluation guidelines tends to underestimate pier responses compared to the predicted outcomes of dynamic elastic analysis. Consequently, the paper proposes an improvement plan that treats dam piers with an insufficient minimum reinforcement ratio as unreinforced and integrates fracture energy into concrete tensile behavior characteristics for performance level evaluation. Implementing these improvements can lead to more conservative evaluation outcomes compared to current seismic performance evaluation methods.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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