Kim, Hyeongjoo;Mission, Joseleo;Song, Youngsun;Ban, Jaehong;Baeg, Pilsoon
Journal of the Korean GEO-environmental Society
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v.9
no.5
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pp.45-52
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2008
The present study has extended OpenSees, which is an open-source software framework DOS program for developing applications to idealize geotechnical and structural problems, for the static analysis of axial load capacity and settlement of single piles in MS Windows environment. The Windows version of OpenSees as improved by this study has enhanced the DOS version from a general purpose software program to a special purpose program for driven and bored pile analysis with additional features of pre-processing and post-processing and a user friendly graphical interface. The method used in the load capacity analysis is the numerical methods based on load transfer functions combined with finite elements. The use of empirical nonlinear T-z and Q-z load transfer curves to model soil-pile interaction in skin friction and end bearing, respectively, has been shown to capture the nonlinear soil-pile response under settlement due to load. Validation studies have shown the static load capacity and settlement predictions implemented in this study are in fair agreement with reference data from the static loading tests.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.26
no.4
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pp.247-254
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2013
In this paper, dynamic response analysis of a heave compensation system is performed for offshore drilling operations based on multibody dynamics. With this simulation, the efficiency of the heave compensation system can be virtually confirmed before it is applied to drilling operations. The heave compensation system installed on a semi-submersible platform consists of a passive and an active heave compensator. The passive and active heave compensator are composed of several bodies that are connected to each other with various types of joints. Therefore, to carry out the dynamic response analysis, the dynamics kernel was developed based on mutibody dynamics. To construct the equations of motion of the multibody system and to determine the unknown accelerations and constraint forces, the recursive Newton-Euler formulation was adapted. Functions of the developed dynamics kernel were verified by comparing them with other commercial dynamics kernels. The hydrostatic force with nonlinear effects, the linearized hydrodynamic force, and the pneumatic and hydraulic control forces were considered as the external forces that act on the platform of the semi-submersible rig and the heave compensation system. The dynamic simulation of the heave compensation system of the semi-submersible rig, which is available for drilling operations with a 3,600m water depth, was carried out. From the results of the simulation, the efficiency of the heave compensation system were evaluated before they were applied to the offshore drilling operations. Moreover, the calculated constraint forces could serve as reference data for the design of the mechanical system.
This paper presents the results of an analytical study to evaluate the inelastic seismic response characteristics of multistory building structures, the effects of gravity load on the seismic responses and its implications on the earthquake resistant design. Static analyses for incremental lateral force and nonlinear dynamic analyses for earthquake motions were performed to evaluate the seismic response of example multistory building structures. Most of considerations are placed on the distribution of inelastic responses over the height of the structure. When an earthquake occurs, bending moment demand is increased considerably from the top to the bottom of multistory structures, so that differences between bending moment demands and supplies are greater in lower floos of multistory structures. As a result, for building structures designed by the current earthquake resistant design procedure, inelastic deformations for earthquake ground motions do not distribute uniformly over the height of structures and those are induced mainly in bottom floors. In addition, gravity load considerded in design procedure tends to cause much larger damages in lower floors. From the point of view of seismic responses, gravity load affects the initial yield time of griders in earlier stage of strong earthquakes and results in different inelastic responses among the plastic hinges that form in the girders of a same floor. However, gravity load moments at beam ends are gradually reduced and finally fully relaxed after a structure experiences some inelastic excursions as a ground motion is getting stronger. Reduction of gravity load moment results in much increased structural damages in lower floors building structures. The implications of the effects of gravity load for seismic design of multistory building structures are to reduce the contributions of gravity load and to increased those of seismic load in determination of flexual strength for girders and columns.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.24
no.4
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pp.26-37
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2020
This study intends to present a fragility analysis method suitable for concrete cable-stayed bridges by performing an analysis reflecting design criteria and material characteristics from the results of inelastic time-history analysis. In order to obtain the fragility curve of the cable-stayed bridge, the limit state of the main component of the cable-stayed bridge is determined, and the damage state is classified by comparing it with the response value based on inelastic time history analysis. The seismic fragility curve of the cable-stayed bridge was made by obtaining the probability of damage to PGA that the dynamic response of the vulnerable parts to input ground motion would exceed the limit state of each structural member. According to the pylon's fragility curve, the probability of moderate damage at 0.5g is 32% for the longitudinal direction, while 7% for the transversal direction, indicating that the probability of damage in the longitudinal direction is higher in the same PGA than in the transversal direction. The seismic fragility curve of the connections showed a very high probability of damage, meaning that damage to the connections caused by earthquakes is very sensitive compared to damage to the pylon and cables. The cable's seismic fragility curve also showed that the probability of complete damage state after moderate damage state gradually decreased, resulting in less than 30% probability of complete damage at 2.0g.
This paper introduces an improved modal pushover analysis (IMPA) which can effectively evaluate the seismic response of multi-span continuous bridge structures on the basis of modal pushover analysis (MPA). Differently from previous modal pushover analyses which cause the numerical unstability because of the occurrence of reversed relation between the pushover load and displacement, the proposed method eliminates this numerical instability and, in advance the coupling effects induced from the direct application of modal decomposition by introducing an identical stiffness ratio for each dynamic mode at the post-yielding stage together with an approximate elastic deformation. In addition to these two introductions, the use of an effective seismic load, calculated from the modal spatial force and applied as the distributed load, makes it possible to predict the dynamic responses of all bridge structures through a simpler analysis procedure than those in conventional modal pushover analyses. Finally, in order to establish validity and applicability of the proposed method, correlation studies between a rigorous nonlinear time history analysis and the proposed method were conducted for multi-span continuous bridges.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2005.06a
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pp.387-392
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2005
Double-deck train have studied in the next generation train in KRRI. Double-deck train have more seat capacities compared with single deck vehicles and is a efficient, reliable and comfortable alternative train. Because of heavy weight, weight minimization of double-deck train carbody is imperative to reduce cost and extend life-time of train. Weight minimization problem of the double-deck train car-body is required to decide 66 design variables of thicknesses for large aluminum extruded panel while satisfying stress constraints. Design variables are too many and one execution of structural analysis of double-deck train carbody is time-consuming. Therefore, we adopt approximation technique to save computational cost of optimization process. Metamodels such as response surface model (RSM) and kriging model are used to approximate model-based optimization is described. RSM is easy to obtain and expressed explicit function, but this is not suitable for highly nonlinear and large scaled problems. Kriging model employs an interpolation scheme and is developed in the fields of spatial statistics and geostatistics. Target of this design is to find optimum thickness of AEP to minimize weight of doulbe-deck train carbody. In this study, meta model techniques are introduced to carry out weight minimization of a double-deck train car-body.
Koksal, H. Orhun;Jafarov, Oktay;Doran, Bilge;Aktan, Selen;Karakoc, Cengiz
Structural Engineering and Mechanics
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v.48
no.5
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pp.737-755
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2013
This paper aims to develop a practical approach to modeling of fiber reinforced polymers (FRP) strengthened masonry panels. The main objective is to provide suitable relations for the material characterization of the masonry constituents so that the finite element applications of elasto-plastic theory achieves a close fit to the experimental load-displacement diagrams of the walls subjected to in-plane shear and compression. Two relations proposed for masonry columns confined with FRP are adjusted for the cohesion and the internal friction angle of both units and mortar. Relating the mechanical parameters to the uniaxial compression strength and the hydrostatic pressure acting over the wall surface, the effects of major and intermediate principal stresses ${\sigma}_1$ and ${\sigma}_2$ on the yielding and the shape of the deviatoric section are then reflected into the analyses. Performing nonlinear finite element analyses (NLFEA) for the three walls tested in two different studies, their stress-strain response and failure modes are eventually evaluated through the comparisons with the experimental behavior.
Khatami, Alireza;Heshmati, Mahdi;Aghakouchak, Ali Akbar
Earthquakes and Structures
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v.19
no.3
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pp.197-214
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2020
Diagrid structures have been introduced as a fairly modern lateral load-resisting system in the design of high-rise buildings. In this paper, a novel diagrid system called tube-in-tube diagrid building is introduced and assessed through pushover and incremental dynamic analyses. The main objectives of this paper are to find the optimum angle of interior and exterior diagrid tube and evaluate the efficiency of diagrid core on the probability of collapse comparing to the conventional diagrid system. Finally, the seismic performance factors of the proposed system are validated according to the FEMA P695 methodology. To achieve these, 36-story diagrid buildings with various external and internal diagonal angles are designed and then 3-D nonlinear models of these structures developed in PERFORM-3D. The results show that weight of steel material highly depends on diagonal angle of exterior tube. Adding diagrid core generally increases the over-strength factor and collapse margin ratio of tall diagrid buildings confirming high seismic safety margin for tube-in-tube diagrid buildings under severe excitations. Collapse probabilities of both structural systems under MCE records are less than 10%. Finally, response modification factor of 3.0 and over-strength factor of 2.0 and 2.5 are proposed for design of typical diagrid and tube-in-tube diagrid buildings, respectively.
This paper presents a computational study of column loss scenarios for typical multi-story steel buildings with perimeter moment frames and composite steel-concrete floors. Two prototype buildings (three-story and ten-story) were represented using three-dimensional nonlinear finite element models and explicit dynamic analysis was used to simulate instantaneous loss of a first-story column. Twelve individual column loss scenarios were investigated in the three-story building and four in the ten-story building. This study provides insight into: three-dimensional load redistribution patterns; demands on the steel deck, concrete slab, connections and members; and the impact of framing configuration, building height and column loss location. In the dynamic simulations, demands were least severe for perimeter columns within a moment frame, but the structures also exhibited significant load redistribution for interior column loss scenarios that had no moment connectivity. Composite action was observed to be an important load redistribution mechanism following column loss and the concrete slab and steel deck were subjected to high localized stresses as a result of the composite action. In general, the steel buildings that were evaluated in this study demonstrated appreciable robustness.
Accurate modeling of contact interface in bolted joints is crucial in predicting the dynamic behavior for bolted assemblies under external load. This paper presents a contact pressure distribution based non-uniform virtual material method to describe the joint interface of assembly structure, which is connected by sparsely distributed multi-bolts. Firstly, the contact pressure distribution of bolted joints is obtained by the nonlinear static analysis in the finite element software ANSYS. The contact surface around bolt hole is divided into several sub-layers, and contact pressure in each sub-layer is thought to be evenly. Then, considering multi-asperity contact at the micro perspective, the relationship between contact pressure and interfacial virtual material parameters for each sub-layer is established by using the fractal contact theory. Finally, an experimental platform for the dynamic characteristics testing of a beam lap structure with double-bolted joint is constructed to validate the efficiency of proposed method. It is found that the theoretical results are in good agreement with experimental results by impact response in both time- and frequency-domain, and the relative errors of the first four natural frequencies are less than 1%. Furthermore, the presented model is used to examine the effect of rough contact surface on dynamic characteristics of bolted joint.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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