Non-linear finite element analysis for newly developed precast concrete details for beam-to-column connection which can be used in moderate seismic region was carried out in this study. Developed precast system is based on composite structure and which have steel tube in column and steel plate in beam. Improving cracking strength of joint under reversed cyclic loading, joint area was casted with ECC (Engineering Cementitious Composites). Since this newly developed precast system have complex sectional properties and newly developed material, new analysis method should be developed. Using embedded elements and models of non-linear finite element analysis program ABAQUS previously tested specimens were successfully analyzed. Analysis results show comparatively accurate and conservative prediction. Using finite element model, effect of axial load magnitude and flexural strength ratio were investigated. Developed connection have optimized performance under axial load of 10~20% of compressive strength of column. Plastic hinge was successfully developed with flexural strength ratio greater than 1.2.
Due to creep and shrinkage of the concrete core, concrete-filled steel tubular (CFST) arches continue to deform in the long-term under sustained loads. This paper presents analytical investigations of the effects of geometric nonlinearity on the long-term in-plane structural performance and stability of three-pinned CFST circular arches under a sustained uniform radial load. Non-linear long-term analysis is conducted and compared with its linear counterpart. It is found that the linear analysis predicts long-term increases of deformations of the CFST arches, but does not predict any long-term changes of the internal actions. However, non-linear analysis predicts not only more significant long-term increases of deformations, but also significant long-term increases of internal actions under the same sustained load. As a result, a three-pinned CFST arch satisfying the serviceability limit state predicted by the linear analysis may violate the serviceability requirement when its geometric nonlinearity is considered. It is also shown that the geometric nonlinearity greatly reduces the long-term in-plane stability of three-pinned CFST arches under the sustained load. A three-pinned CFST arch satisfying the stability limit state predicted by linear analysis in the long-term may lose its stability because of its geometric nonlinearity. Hence, non-linear analysis is needed for correctly predicting the long-term structural behaviour and stability of three-pinned CFST arches under the sustained load. The non-linear long-term behaviour and stability of three-pinned CFST arches are compared with those of two-pinned counterparts. The linear and non-linear analyses for the long-term behaviour and stability are validated by the finite element method.
Cuculic, Marijana;Malic, Neira Toric;Kozar, Ivica;Tibljas, Aleksandra Deluka
Coupled systems mechanics
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v.11
no.2
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pp.107-119
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2022
The aim of the work presented in this paper is development of numerical model for prediction of temperature distribution in pavement according to the measured meteorological parameters, with introduction of non-linear heat transfer coefficient which is a function of temerature difference between the air and the pavement. Developed model calculates heat radiated from the pavement back in the air, which is an important part of the heat trasfer process in the open air surfaces. Temperature of the pavement surface, heat radiation together with many meteorological parameters were measured in series during two years in order to validate the model and calibrate model parameters. Special finite element method for temperature heat transfer towards the soil together with the time integration scheme are used to solve the governing equation. It is proved that non-linear heat transfer coefficient, which is a function of time and temperature difference between the air and the pavement, is required to decribe this phenomena. Proposed model includes heat tranfer coefficient callibration for specific climate region, through the iterative inverse procedure.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.49
no.6
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pp.47-54
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2007
This paper is on the research of the special character of the dynamic response according to a design of the clamped reinforced concrete slab. In this study, the 20-node solid element has been used to analyze the dynamic characteristics of RC slabs with clamped edges. The elasto-visco plastic model for material non-linearity and the smeared crack model have been adopted in the finite element formulation. The design factor, which affect the dynamic response of the reinforced concrete slab, are the steel layer thickness, steel layer depth, steel layout method, steel layout angle and the slab thickness and span ratio. The main purpose of this study was to find out the dynamic response of the reinforced concrete slab according to above variables. The reduction of deflection/thickness ratio appeared less than 2% when the slab thickness between 20 and 21cm. It is desirable that the slab thickness must be above 20-21cm. The reduction ratio of deflection is appeared greatly when the value of the span/thickness ratio is between 25 and 30. In conclusion, the steel layer depth and thickness had a little effect on deflection of the dynamic response, but had no effect on the steel layout angle.
Structural analysis of a brake shoe for commercial vehicle was performed using finite element method. Since the strength of a brake shoe is affected by the magnitude and distribution shape of the contact pressure with the drum, the contact pressure between the shoe friction material and drum was calculated using a 2-Dimensional non-linear contact analysis in a state. And the brake was actuated by input air pressure and the drum of it was calculated both stationary and dynamic based on forced torque applied to the drum during the static state analysis. The results of the above analysis were then used as the load boundary conditions for a 3-Dimensional shoe model analysis to determine the maximum strain on the shoes. In the analysis model, the values of tensile test were used for the material properties of the brake shoes and drum, while the values of compression test were used for the friction material. We assumed it as linear variation, even though the properties of friction material were actually non-linear. The experiments were carried out under the same analysis conditions used for fatigue test and under the same brake system which equipped with a brake drum based on the actual axle state in a vehicle. The strains were measured at the same locations where the analysis was performed on the shoes. The obtained results of the experiment matched well with those from the analysis. Consequently, the model used in this study was able to determine the stress at the maximum air pressure at the braking system, thereby a modified shoe model in facilitating was satisfied with the required endurance strength in the vehicle.
The main goal of this study is to prepare a program for analyzing High Strength Steel Fibrous Reinforced Concrete (HSSFRC) slabs and predict the response and strength of the slab instead of preparing a prototype and testing it in the laboratory. For this purpose, new equations are proposed to represent the material properties of High Strength Steel Fibrous Reinforced Concrete. The proposed equations obtained from performing regression analysis on many experimental results using statistical programs. The finite element method is adopted for non-linear analysis of the slabs. The eight-node "Serendipity element" (3 DoF) is chosen to represent the concrete. The layered approach is adopted for concrete elements and the steel reinforcement is represented by a smeared layer. The compression properties of the concrete are modeled by a work hardening plasticity approach and the yield condition is determined depending on the first two stress invariants. A tensile strength criterion is adopted in order to estimate the cracks propagation. many experimental results for testing slabs are compared with the numerical results of the present study and a good agreement is achieved regarding load-deflection curves and crack pattern. The response of the load deflection curve is slightly stiff at the beginning because the creep effect is not considered in this study and for assuming perfect bond between the steel reinforcement and the concrete, however, a great agreement is achieved between the ultimate load from the present study and experimental results. For the models of the tension stiffening and cracked shear modulus, the value of Bg and Bt (Where Bg and Bt are the curvature factor for the cracked shear modulus and tension stiffening models respectively) equal to 0.005 give good results compared with experimental result.
In order to trace the lateral post-buckling behaviors of thin-wafled space frames, a geometrically nonlinear finite element formulation is presented by applying incremental equilibrium equations based on the updated Lagrangian formulation and introducing Vlasov's assumption. The improved displacement field for symmetric thin-walled cross sections is introduced based on inclusion of second order terms of finite rotations, and the potential energy corresponding to the semitangential rotations and moments is consistently derived. For finite element analysis, tangent stiffness matrices of the thinwalled space frame element with 7 degrees of freedom including the restrained warping for each node are derived by using the Hermition polynomials as shape functions. A co-rotational formulation in order to evaluate the unbalanced loads is presented by separating the rigid body rotations and pure deformations from incremental displacements and evaluating the updated direction cosines of the frame element due to rigid body rotations and incremental member forces from pure deformations. Finite element solutions for the spatial buckling and post-buckling analysis of thin-walled space frames are presented and compared with available solutions and other researcher's results.
Park, Bong-Sik;Park, Sung-Hyun;Shin, Wang-Su;Cho, Jae-Yeol
Proceedings of the KSR Conference
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2011.05a
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pp.1519-1525
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2011
Construction of the coping of reinforced concrete piers is very complicated due to heavy density of rebars and usually exposed to negligent accident. To correct these problems, coping is pre-assembled at the ground in pier coping pre-assembly method and recently a new method of rebar assembling has proposed in this study. For safety assessment of proposed method, small scale model test of railway bridge(PSC U-GIRDER T-shaped pier) was carried out and it was verified that crack pattern, failure mechanism and load resistance capacity are similar between existing method and proposed method. And using analytical approach, linear and non-linear finite element analysis was performed. As a result, it was checked that proposed method has an acceptable structural safety.
Residual stress by welding should be reduced because that decreases the reliability on strength of welded structure. The reason is that the total stiffness of structure decreases by non-linear behavior of weldment under external load. The release of residual stress by mechanical loading and unloading is often performed in the fabrication of box structure for steel bridge. The proper degree of loading and unloading is significant at release method of residual stress by mechanical loading because that degree is changed by material and geometric shape of welded structure. Therefore, the simulation model that could exactly analyze the release of residual stress by mechanical loading is to be necessary. This simulation model should be established on the based of variable and accurate measurement data. In this study, the non-linear behavior of weldments under external loading and unloading, such as the decrease and increase of structure stiffness, was investigated by monitoring of nominal stress and strain. Tensile loading and unloading test under variable load was performed and the proper degree of stress relaxation was measured by sectioning technique using strain gauge.
Residual stress by welding should be reduced because that decreases the reliability on strength of welded structure. The reason is that the total stiffness of structure decreases by non-linear behavior of weldment under external load. The release of residual stress by mechanical loading and unloading is often performed in the fabrication of box structure for steel bridge. The proper degree of loading and unloading is significant at release method of residual stress by mechanical loading because that degree is changed by material and geometric shape of welded structure. Therefore, the simulation model that could exactly analyze the release of residual stress by mechanical loading is to be necessary. This simulation model should be established on the based of variable and accurate measurement data. In this study, the non-linear behavior of weldments under external loading and unloading, such as the decrease and increase of structure stiffness, was investigated by monitoring of nominal stress and strain. Tensile loading and unloading test under variable load was performed and the proper degree of stress relaxation was measured by sectioning technique using strain gauge.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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