Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.35
no.1
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pp.57-64
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2022
This study investigated the structural performance of the RC boundary beam-wall system subjected to axial loads that required lesser construction quantity and smaller floor height in comparison with the conventional RC transfer girder system. Four specimens of 1/2 scale were constructed, and their peak strengths under axial loads and failure characteristics were compared and analyzed. Test parameters included the ratio of the lower to the upper wall length, lower wall thickness, and stirrup details of the lower wall. In addition, three-dimensional nonlinear finite element analysis was performed to verify the effectiveness of the boundary beam-wall system. The peak strength of each specimen was similar to the nominal axial strength of the lower wall, indicating that the axial load was transferred smoothly from the upper to the lower wall. The contribution of the lower wall cross-section was high if the ratio of the lower to the upper wall length was small; the contribution was low if the out-of-plane eccentricity existed in the lower wall. The specimen with smaller stirrup distance and cross-ties in the lower wall showed higher initial stiffness and peak load than other specimens.
The extended tangent stiffness matrices and force-deformation relations of the elastic catenary element were initially derived through the addition of the unstrained length of cables to unknown nodal displacements. A beam-column element was then introduced to model the deck and pylon of cable-stayed bridges. The conventional geometric nonlinear analysis, initial force method, and TCUD method were summarized, with an effective method combining two methods presented to determine the initial shapes of cable-stayed bridges with dead loads. In this combined method, TCUD method was applied to eliminate vertical and horizontal displacements at cable-supported points of decks and on top of pylons, respectively. The initial force method was also adopted to eliminate horizontal and vertical displacements of decks and pylons, Finally, the accuracy and validity of the proposed combined method were demonstrated through numerical examples.
The extended tangent stiffness matrices and force-deformation relations of the elastic catenary element were initially derived through the addition of the unstrained length of cables to unknown nodal 'displacements. A beam-column element was then introduced to model the deck and pylon of cable-stayed bridges. The conventional geometric nonlinear analysis, initial force method, and TCUD method were summarized, with an effective method combining two methods presented to determine the initial shapes of cable-stayed bridges with dead loads. In this combined method, TCUD method was applied to eliminate vertical and horizontal displacements at cable-supported points of decks and on top of pylons, respectively. The initial force method was also adopted to eliminate horizontal and vertical displacements of decks and pylons. Finally, the accuracy and validity of the proposed combined method were demonstrated through numerical examples.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.10
no.6
s.52
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pp.19-28
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2006
Most conventional model updating methods must use mathematical objective function with experimental modal matrices and analytical system matrices or must use information about the gradient or higher derivatives of modal properties with respect to each updating parameter. Therefore, most conventional methods are not appropriate for complex structural system such as bridge structures due to stability problem in inverse analysis with ill-conditions. Sometimes, moreover, the updated model may have no physical meaning. In this paper, a new FE model updating method based on a hybrid optimization technique using genetic algorithm (GA) and Holder-Mead simplex method (NMS) is proposed. The performance of hybrid optimization technique on the nonlinear problem is demonstrated by the Goldstein-Price function with three local minima and one global minimum. The influence of the objective function is evaluated by the case study of a simulated 10-dof spring-mass model. Through simulated case studies, finally, the objective function is proposed to update mass as well as stiffness at the same time. And so, the proposed hybrid optimization technique is proved to be an efficient method for FE model updating.
Analytical probabilistic vulnerability analysis requires extensive computing effort as a result of the randomness in both input motion and response characteristics. In this study, a new methodology whereby a set of vulnerability curves are derived based on the fundamental response quantities of stiffness, strength and ductility is presented. A response database of coefficients describing lognormal vulnerability relationships is constructed by employing aclosed-form solution for a generalized single-degree-of-freedom system. Once the three fundamental quantities of a wide range of structural systems are defined, the vulnerability curves for various limit states can be derived without recourse to further simulation. Examples of application are given and demonstrate the extreme efficiency of the proposed approach in deriving vulnerability relationships.
Abou-Rayan, A.M.;Seleemah, Ayman A.;El-Gamal, Amr R.
Ocean Systems Engineering
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v.2
no.2
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pp.115-135
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2012
The very low natural frequencies of tension leg platforms (TLP's) have raised the concern about the significance of the action of hydrodynamic wave forces on the response of such platforms. In this paper, a numerical study using modified Morison equation was carried out in the time domain to investigate the influence of nonlinearities due to hydrodynamic forces and the coupling effect between surge, sway, heave, roll, pitch and yaw degrees of freedom on the dynamic behavior of TLP's. The stiffness of the TLP was derived from a combination of hydrostatic restoring forces and restoring forces due to cables and the nonlinear equations of motion were solved utilizing Newmark's beta integration scheme. The effect of wave characteristics such as wave period and wave height on the response of TLP's was evaluated. Only uni-directional waves in the surge direction was considered in the analysis. It was found that coupling between various degrees of freedom has insignificant effect on the displacement responses. Moreover, for short wave periods (i.e., less than 10 sec.), the surge response consisted of small amplitude oscillations about a displaced position that is significantly dependent on the wave height; whereas for longer wave periods, the surge response showed high amplitude oscillations about its original position. Also, for short wave periods, a higher mode contribution to the pitch response accompanied by period doubling appeared to take place. For long wave periods, (12.5 and 15 sec.), this higher mode contribution vanished after very few cycles.
Lateral bracing has long been used in design practice to enhance the carrying capacity of the lateral buckling of the beam. Many factors, critically important to lateral bracing performance, do not appear in design formulas. Some of these factors are discussed in this study for the application to short I - beams under repeated loadings through parametric studies with an analytical model : the brace location along the length of the beam, the height of the bracing above the shear center of the beam, and the strength and stiffness of the brace. The parametric studies are carried out using a propped cantilever arrangement, and also using a geometrically (fully) nonlinear beam model for the brace as well as the beam to capture the system buckling. An idealized bracing system is configured to restrain lateral motion, but not rotation. A multiaxial cyclic plasticity model is also implemented to better represent cyclic metal plasticity in conjunction with a consistent return mapping algorithm.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.10
no.5
s.51
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pp.73-83
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2006
The purpose of this study is to investigate the seismic behavior of reinforced concrete pier walls under cyclic out-of-plane loading and to develop improved seismic design criteria. The accuracy and objectivity of the assessment process can be enhanced by using a sophisticated nonlinear finite element analysis program. A computer program, named RCAHEST (Reinforced Concrete Analysis in Higher Evaluation System Technology), for the analysis of reinforced concrete structures was used. A 4-node flat shell element with drilling rotational stiffness is used for spatial discretization. The layered approach is used to discretize the behavior of concrete and reinforcement through the thickness. Material nonlinearity is taken into account by comprising tensile, compressive and shear models of cracked concrete and a model of reinforcing steel. The method is verified a useful tool to assess the seismic performance of reinforced concrete pier walls subjected to cyclic out-of-plane load through comparing with reliable experimental results.
In the present study, the Direct Inelastic Design (DID) for steel structures developed in the previous study was improved to expand it applicability. The proposed design method can perform inelastic designs that address the design characteristics of steel structures: Group member design, discrete member sizes, variation of moment-carrying capacity according to axial force, connection types, and multiple design criteria and load conditions. The design procedure for the proposed method was established, and a computer program incorporating the design procedure was developed. The design results from the conventional elastic method and the DID were compared and verified by the existing computer program for nonlinear analysis. Compared with the conventional elastic design, the DID addressing the inelastic behavior reduced the total weight of steel members and enhanced the deformability of the structure. The proposed design method is convenient because it can directly perform inelastic design by using linear analysis for secant stiffness. Also, it can achieve structural safety and economical design by controlling deformations of the plastic hinges.
Shariati, Mahdi;Ghorbani, Mostafa;Naghipour, Morteza;Alinejad, Nasrollah;Toghroli, Ali
Steel and Composite Structures
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v.34
no.3
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pp.393-407
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2020
The braced tube frame system, a combination of perimeter frame and bracing frame, is one of the systems used in tall buildings. Due to the implementation of this system in tall buildings and the high rigidity resulting from the use of general bracing, providing proper ductility while maintaining the strength of the structure when exposing to lateral forces is essential. Also, the high stress at the connection of the beam to the column may cause a sudden failure in the region before reaching the required ductility. The use of Reduced Beam Section connection (RBS connection) by focusing stress in a region away from beam to column connection is a suitable solution to the problem. Because of the fact that RBS connections are usually used in moment frames and not tested in tall buildings with braced tube frames, they should be investigated. Therefore, in this research, three tall buildings in height ranges of 20, 25 and 30 floors were modeled and designed by SAP2000 software, and then a frame in each building was modeled in PERFORM-3D software under two RBS-free system and RBS-based system. Nonlinear time history dynamic analysis is used for each frame under Manjil, Tabas and Northridge excitations. The results of the Comparison between RBS-free and RBS-based systems show that the RBS connections increased the absorbed energy level by reducing the stiffness and increasing the ductility in the beams and structural system. Also, by increasing the involvement of the beams in absorbing energy, the columns and braces absorb less energy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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