According to the new directives about the rational and efficient use of energy, thermal bridges in buildings have to be avoided, and the thermal insulation (TI) layer should run without interruptions all around the building - even under its foundations. The paper deals with the seismic response of multi-storeyed reinforced concrete (RC) frame building structures founded on an extruded polystyrene (XPS) layer placed beneath the foundation slab. The purpose of the paper is to elucidate the problem of buildings founded on a TI layer from the seismic resistance point of view, to assess the seismic behaviour of such buildings, and to search for the critical parameters which can affect the structural and XPS layer response. Nonlinear dynamic and static analyses were performed, and the seismic response of fixed-base (FB) and thermally insulated (TI) variants of nonlinear RC building models were compared. Soil-structure interaction was also taken into account for different types of soil. The results showed that the use of a TI layer beneath the foundation slab of a superstructure generally induces a higher peak response compared to that of a corresponding system without TI beneath the foundation slab. In the case of stiff structures located on firm soil, amplification of the response might be substantial and could result in exceedance of the superstructure's moment-rotation plastic hinge capacities or allowable lateral roof and interstorey drift displacements. In the case of heavier, slenderer, and higher buildings subjected to stronger seismic excitations, the overall response is governed by the rocking mode of oscillation, and as a consequence the compressive strength of the XPS could be insufficient. On the other hand, in the case of low-rise and light-weight buildings, the friction capacity between the layers of the applied TI foundation set might be exceeded so that sliding could occur.
Square tubular columns are commonly used in moment resisting frames, while through-diaphragm connection is the most typical configuration detail to connect the H-shaped beam to the column. However, brittle fracture normally occurs at the complete joint penetration weld between the beam flange and the through-diaphragm due to the stress concentration caused by the geometrical discontinuity. Accordingly, three improved types of through-diaphragm are presented in this paper to provide smooth force flow path comparing to that of conventional connections. Tensile tests were conducted on four specimens and the results were analyzed in terms of failure modes, load-displacement response, yield and ultimate capacity, and initial stiffness. Furthermore, strain distributions on the through-diaphragm, the beam flange plate, and the column face were comprehensively evaluated and discussed. It was found that all the proposed three types of improved through-diaphragm connections were able to reduce the stress concentration in the welds between the beam flange and the through-diaphragm. Furthermore, the stress distribution in connection with longer tapered through-diaphragm was more uniform.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.48
no.7
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pp.505-511
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2020
The circular composite tubes have been used as a main spar of HALE-UAV(High Altitude Long Endurance-Unmanned Air Vehicle). In this paper, an analytical model is presented for the prediction of the failure load of unsymmetrically stiffened circular spar using a modified Brazier approach. This model was used to predict the moment carrying capacity of the unsymmetrically stiffened circular spar. From the results, we can know that a stiffened cap placed in the top sector of a spar increased the bending capabilities. Four point bending tests were conducted to estimate the effect of the cap on the failure load and compared with the proposed model. And numerical simulations were performed to analyze the behavior of stiffened circular spar. Comparisons of the results from the proposed model with those from experiments and numerical modes show good correlation.
Esfandiar, Habib;Korayem, Moharam H.;Haghpanahi, Mohammad
Structural Engineering and Mechanics
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v.62
no.5
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pp.619-629
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2017
This paper focuses on the study of complete dynamic modeling and maximum dynamic load carrying capacity computation of N-flexible links and N-flexible joints mobile manipulator undergoing large deformation. Nonlinear dynamic analysis relies on the Timoshenko theory of beams. In order to model the system completely and precisely, structural and joint flexibility, nonlinear strain-displacement relationship, payload, and non-holonomic constraints will be considered to. A finite element solution method based on mixed method is applied to model the shear deformation. This procedure is considerably more involved than displacement based element and shear deformation can be readily included without inducing the shear locking in the element. Another goal of this paper is to present a computational procedure for determination of the maximum dynamic load of geometrically nonlinear manipulators with structural and joint flexibility. An effective measure named as Moment-Height Stability (MHS) measure is applied to consider the dynamic stability of a wheeled mobile manipulator. Simulations are performed for mobile base manipulator with two flexible links and joints. The results represent that dynamic stability constraint is sensitive when calculating the maximum carrying load. Furthermore, by changing the trajectory of end effector, allowable load also changes. The effect of torsional spring parameter on the joint deformation is investigated in a parametric sensitivity study. The findings show that, by the increase of torsional stiffness, the behavior of system approaches to a system with rigid joints and allowable load of robot is also enhanced. A comparison is also made between the results obtained from small and large deformation models. Fluctuation range in obtained figures for angular displacement of links and end effector path is bigger for large deformation model. Experimental results are also provided to validate the theoretical model and these have good agreement with the simulated results.
The aerodynamic performance of long-span cable-stayed bridges is much dependent on its geometrical configuration and countermeasure strategies. In present study, the aerodynamic performance of three composite cable-stayed bridges with different tower configurations and passive aerodynamic countermeasure strategies is systematically investigated by conducting a series of wind tunnel tests in conjunction with theoretical analysis. The structural characteristics of three composite bridges were firstly introduced, and then their stationary aerodynamic performance and wind-vibration performance (i.e., flutter performance, VIV performance and buffeting responses) were analyzed, respectively. The results show that the bridge with three symmetric towers (i.e., Bridge I) has the lowest natural frequencies among the three bridges, while the bridge with two symmetric towers (i.e., Bridge II) has the highest natural frequencies. Furthermore, the Bridge II has better stationary aerodynamic performance compared to two other bridges due to its relatively large drag force and lift moment coefficients, and the improvement in stationary aerodynamic performance resulting from the application of different countermeasures is limited. In contrast, it demonstrates that the application of both downward vertical central stabilizers (UDVCS) and horizontal guide plates (HGP) could potentially significantly improve the flutter and vortex-induced vibration (VIV) performance of the bridge with two asymmetric towers (i.e., Bridge III), while the combination of vertical interquartile stabilizers (VIS) and airflow-depressing boards (ADB) has the capacity of improving the VIV performance of Bridge II.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.17
no.4
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pp.3921-3930
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1975
This research was carried out to investigate several mechanical characteristics of pre-stressed steel beams. The configuration of specimens used for this study were as follows; a cover plate having permissible fiber stress of 4,000 kg/$\textrm{cm}^2$ was welded at bottom having the allowable bending stress 2500 kg/$\textrm{cm}^2$ steel beam, the section ratios of pre-stressed steel beam and cover plate were 0.5 and 0.6. Adopted pre-stresses were 0%, 50%, and 100% of an allowable fiber stress of a steel beam. The results obtained from the study may be summarized as follows; 1. The elastic range of a beam was increased by the application of pre-stress to the beam, which leads to a lighter section. 2. The permissible moment capacity of a pre-stressed steel beam was greated than that of a steel beam without pre-stressing. 3. The equivalent allowable stress induced by adopting the different section ratio of pre-stressed beam to cover plate were figured out 4. The optimum value of section ratio of beam and cover plate was 0.3 to 0.4 in case of a 1.5m span composite beam, a combination of an allowable stress 2,500kg/$\textrm{cm}^2$ steel beam and a permissible fiber stress 4,000 kg/$\textrm{cm}^2$ steel cover plate, was used. 5. The magnitude of the pre-stress was desirable to be same as the allowable stress of a steel beam. 6. It was concluded that if the construction techniques in the field are developed and improved, the practicing of pre-stress to the steel structure has a promising future.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.24
no.5
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pp.569-576
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2011
In this paper a new analysis procedure for evaluation of progressive collapse resisting capacity of a structure was proposed based on the nonlinear static analysis procedure. The proposed procedure produces analysis results identical to those obtained by the linear static analysis procedure specified in the GSA guidelines without iteration, therefore saving a lot of computation time and excluding the possibility of human errors during the procedure. To verify the validity of the proposed procedure, the two methods were applied to the analysis of a reinforced concrete moment frame and a steel braced frame subjected to loss of a first story column and the results were compared. According to the analysis results, the two methods produce identical results in the prediction of progressive collapse and the hinge formation. As iterative analysis is not required in the proposed method, significant amount of analysis time is saved in the proposed analysis procedure.
A through diaphragm is often used to ensure their stiffness for moment-resisting connections using rectangular steel-tube column and H-shaped beam. The through-diaphragm connections, however, have some difficulties for their applicabilities to the field due to the complexity of the fabrication and construction processes. This study thus proposes a new modular system of steel structures assembled only using bolts without welding, by bringing a connection module composed of rectangular steel-tube column, H-shaped beam and oneway bolt onto the site. An experimental study to evaluate the seismic performance of the proposed connection details based on the new modular system is then conducted. The length and type of the inner reinforcement plate are considered as the primary design parameters, and the strength, stiffness, ductility and energy dissipation capability of the new connections are experimentally analyzed by comparison to those of conventional through diaphragm connections.
Kim, Seok-Jung;Jung, Sung-Jun;Kwon, Oh-Sung;Kim, Myoung-Mo
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2010.03a
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pp.427-434
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2010
Load Resistance Factor Design method is used increasingly in geotechnical design world widely and resistance factors for drilled shafts are suggested by AASHTO. However, these resistance factors are determined for intact rock conditions, by comparison most of bedrocks in Korea are weathered condition, so that applying the AASHTO resistance factors is not reasonable. Thus, this study suggests the proper resistance factors for design of drilled shaft in Korea. The 22 cases of pile load test data from 8 sites were chosen and reliability-based approach is used to analyze the data. Reliability analysis was performed by First Order Second Moment Method (FOSM) applying 4 bearing capacity equations. As a result, when the Factor of Safety(FOS) were selected as 3.0, the target reliability index($\beta_c$) were evaluated about 2.01~2.30. Resistance factors and load factors are determined from optimization based on above results. The resistance factors ranged between 0.48 and 0.56 and load factor for dead load and live load are evaluated approximately 1.25 and 1.75 respectively. However, when the target reliability are considered as 3.0, the resistance factors are evaluated as approximately 50% of results when the target reliability index were 2.0.
Cortical support is an important factor, as the engagement of the fixture in strong compact bone offers an increased load-carrying capacity and initial stability. Because of the poor bone quality in the posterior mandible and other anatomic considerations, it has been suggested that implant fixtures be placed in these locations with apical engagement of the lingual cortical plate for so-called bicortication. The purpose of this investigation was to determine the effect of cortical engagements and in addition polyoxymethylene(POM) intramobile connector(IMC) of IMZ implant on implant load transfer in edentulous posterior segment of mandible, using three-dimensional (3D) finite element analysis models composed of cortical and trabecular bone involving single implant. Variables such as (1) the crestal peri-implant defect, (2) the apical engagement of lingual cortical plate, (3) the occlusal contact position (a vertical load at central fossa or buccal cusp tip), and (4) POM IMC were investigated. Stress patterns were compared and interfacial stresses along the bone-implant interface were monitored specially. Within the scope of this study, the following observations were made. 1) Offset load and angulation of fixture led to increase the local interfacial stresses. 2) Stresses were concentrated toward the cortical bones, but the crestal peri-implant defect increased the interfacial stresses in trabecular bone. 3) For the model with bicortication, it was noticed that the crestal cortical bone provided more resistance to the bending moment and the lingual cortical plate provided more support for the vertical load. But Angulation problem of the fixture from the lingual cortical engagement caused the local interfacial stress concentrations. 4) It was not clear that POM IMC had the effect on stress distribution under the present experimental conditions, especially for the cases of crestal peri-implant defect.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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