Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.23
no.1
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pp.23-32
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1986
By virtue of an application of the receptance method, simplified formulae to calculate natural frequencies of stiffened plates having a resiliently mounted or concentrated mass are obtained. Some numerical results are compared with those based on Lagrange's equation of motion and with experimental results. For the problem formulation the stiffened plate is reduced to an equivalent orthotropic plate, a resiliently mounted mass to a spring-mass system, and mode shapes of the plate are assumed with comparison functions consisting of Euler beam functions. The proposed formulae give results in good conformity to both numerical results based on Lagrange's equation of motion and experimental results for in-phase modes of the coupled system. For out-of-phase modes the conformity is assured only in case that the natural frequency of the attached system is less than a half of that the stiffened plate. It is also found that a resiliently mounted mass having its own natural frequency of about two or more times that of the stiffened plate can be reduced to a concentrated mass with assurance of a few percent error in the frequency.
The free vibration characteristics of corrugated laminated composite plates with axial stiffeners is investigated using the Rayleigh-Ritz method. The plate is stiffened by beams with open cross-section area. The equivalent homogenization model is used for the corrugated laminated composite plates. This homogenization model is treated a corrugated plate as an orthotropic plate that has different material properties in two perpendicular directions. The motion of equivalent plate is represented on the basis of the first order shear deformation theory (FSDT) to account for the effect of rotary inertia and transverse shear deformation. Stiffeners are considered as discrete elements to predict the local vibration mode to be generated by the presence of stiffeners. To validate the proposed analytical approach, natural frequencies and vibration mode shapes from the analytical method are compared with those from the FEA by ANSYS.
Nasihatgozar, M.;Khalili, S.M.R.;Fard, K. Malekzadeh
Steel and Composite Structures
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v.24
no.2
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pp.151-176
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2017
This paper deals with general equations of motion for free vibration analysis response of thick three-layer doubly curved sandwich panels (DCSP) under simply supported boundary conditions (BCs) using higher order shear deformation theory. In this model, the face sheets are orthotropic laminated composite that follow the first order shear deformation theory (FSDT) based on Rissners-Mindlin (RM) kinematics field. The core is made of orthotropic material and its in-plane transverse displacements are modeled using the third order of the Taylor's series extension. It provides the potentiality for considering both compressible and incompressible cores. To find these equations and boundary conditions, Hamilton's principle is used. Also, the effect of trapezoidal shape factor for cross-section of curved panel element ($1{\pm}z/R$) is considered. The natural frequency parameters of DCSP are obtained using Galerkin Method. Convergence studies are performed with the appropriate formulas in general form for three-layer sandwich plate, cylindrical and spherical shells (both deep and shallow). The influences of core stiffness, ratio of core to face sheets thickness and radii of curvatures are investigated. Finally, for the first time, an optimum range for the core to face sheet stiffness ratio by considering the existence of in-plane stress which significantly affects the natural frequencies of DCSP are presented.
The orthotropic steel deck bridge made by using relatively thin steel plate, and structural members such as transverse and longitudinal ribs, cross beam, etc. in the bridge are fabricated with complex shape by welding. Therefore, the possibility occurring deformation and defects by welding is very high, and stress states in the welded connection parts are very complex. Also, the fatigue cracks in orthotropic steel deck bridge are happening fromthe welded connection parts of secondary member than main member. However, stress evaluation for main members is mainly carried out in the design process of the bridge, detailed stress evaluation and characteristic analysis is not almost reviewed in the structural details which fatigue crack occurred. For the orthotropic steel deck bridge with open ribs which has been serviced for 29 years, in this study, the cause of fatigue crack is investigated and the fatigue safety of the bridge is examined based on fieldmeasurement by the loading test and real traffic condition. Also, structural analyses using gridmodel and detailed analysis model were carried out for the welded connection parts of longitudinal rib and diaphramthat fatigue crack occurred. Additionally, the behavior characteristics due to running vehicles were investigated by using influence area analysis for these structural details, and the occurrence causes of fatigue crack in the target bridge were clarified.
Since FRP materials have various advantages over steel, many research activities to use them for the civil engineering applications are now in progress. The present paper deals with the local buckling behavior of FRP pultruded members as a first step toward the development of design criteria. In the design of compression members, it is very important to know not only if local buckling occurs or not but also which plate component governs local buckling, but it is not easy to perform this work in a rigorous manner. In the present paper, a simple and accurate equation which can compute the coefficients of buckling of orthotropic plates and local buckling of pultruded compression members is suggested by performing rigorous analysis, energy analysis, and parametric study. The local buckling strength and the plate component governing the local buckling behavior of thin-walled pultruded compression members can be easily determined by using the proposed equation.
Park, Heeyoung;Lee, Junghun;Kwak, Byeongseok;Choi, Iehyun;Kim, Taewoo
International Journal of Highway Engineering
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v.15
no.1
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pp.1-9
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2013
PURPOSES: The purpose of this study is to evaluate physical properties, durability, fatigue resistance, and long-term performance of poly-urethane concrete (PU) which can be possible application of thin layer on long-span orthotropic steel bridge and to check structural stability of bridge structure. METHODS : Various tests of physical properties, such as flexural strength, tensile strength, bond strength and coefficient of thermal expansion tests were conducted for physical property evaluation using two types of poly urethane concrete which have different curing time. Freezing and thawing test, accelerated weathering test and chloride ion penetration test were performed to evaluate the effect of exposed to marine environment. Beam fatigue test and small scale accelerated pavement test were performed to assess the resistance of PU against fatigue damage and long-term performance. Structural analysis were conducted to figure out structural stability of bridge structure and thin bridge deck pavement system. RESULTS: The property tests results showed that similar results were observed overall however the flexural strength of PUa was higher than those of PUb. It was also found that PU materials showed durability at marine environment. Beam fatigue test results showed that the resistances of the PUa against fatigue damage were two times higher than those of the PUb. It was found form small scale accelerated pavement test to evaluate long-term performance that there is no distress observed after 800,000 load applications. Structural analysis to figure out structural stability of bridge structure and thin bridge deck pavement system indicated that bridge structures were needed to increase thickness of steel deck plate or to improve longitudinal rib shape. CONCLUSIONS: It has been known that the use of PU can be positively considered to thin layer on long-span orthotropic steel bridge in terms of properties considered marine environment, resistance of fatigue damage and long-term performance.
Effective notch stress, as an approach to evaluate the local stress at a notch (weld toe or root), is defined as the total stress assuming linear-elastic material behavior. This method can be effectively used to evaluate the fatigue performance of welded joints. In this study, finite element analysis results using the effective notch stress method were correlated with fatigue test results of rib-to-deck welded joints in a steel orthotropic bridge deck. Effective notch stress approach provided a good correlation with the crack pattern observed in the full-scale fatigue test. A higher effective notch stress at the critical weld toe than at the weld root was consistent with the dominant crack pattern observed at the weld toe during testing. The effective notch stress at the toe on the deck plate was about 80% higher than that on the rib; no cracks at the weld toe on the rib in the testing were observed. Maximum effective notch stress at the weld root occurred on the upper side of the root notch, which indicates that cracks are more likely to propagate into the deck plate, not into the weld metal. This is also consistent with the observed crack pattern in which the crack from the root propagated upward into the deck plate. No such crack pattern, propagating into the weld metal, was observed in the testing.
In this study, a standardized test method to analyze tensile properties of multi-directional GFRP plate was proposed. Presently, tensile strength test of FRP composite reinforced with isotropic and orthotropic fiber is standardized according to ISO standard. Also, even though many studies were performed on test method to analyze the dynamic properties, the properties of tensile strength for multi-directional GFRP plate were not clearly identified. Currently, the domestic test method in accordance with ASTM, which is applicable to unidirectional FRP plate, gave tensile test results greater than actual properties. Thus, in this study, GFRP tensile test was conducted using the method found to be commonly applicable to all standards based on literature review of domestic and international references. Then, anchorage length experiments were performed using the proposed tension test method to evaluate validity of the method. Finally, optimal anchorage length was estimated from the numerical analysis to propose the standardized tensile strength method for GFRP multi-directional composite evaluation.
This study was conducted to improve the design and construction technique of orthotropic steel-deck bridges. After conducting an F.E.M. analysis of the various rib types of the connection details, static and fatigue tests were conducted, using a three-dimensional, full-scaled, orthotropic, steel-deck-plate model with internal diaphrams, to check the fatigue strength depending on the types of details. The model structure was made of two types of longitudinal ribs: the domestic standard and the European rabbit types. The fatigue strength of the steel-deck system was found to have improved through the installation of an internal diaphram, as no cracks were found on the bottom round part of the scallop with a diaphram. There were no differences between the domestic and the European types of details in terms of strength may be partially influenced by the shape of the scallop and by the installation of an internal diaphram, but it can be improved more significantly according to the quality of the welding that will be done.
This study investigates the mechanical behavior on trough rib to crossbeam joint in orthotropic steel plate decks, specially emphasizing on the effect of diaphragm inside trough rib on the fatigue behavior of slit by static and fatigue tests. In particular, the effects of diaphragm on in-plane stress and out-of-plane stress, stress concentration, propagation of fatigue cracks at the silt are studied. With the result of experiment and numerical analysis, we have estimated the fatigue strength using the nominal stress and hot-sport stress. The details with diaphragm have occurred about 50% stress reduction at trough rib part of trough rib to crossbeam joint than the detail without diaphragm, however, the lower parts of crossbeam have occurred much more stress. Initial crack size or slit have an considerable influence on the propagation of fatigue cracks due to V-notch. The fatigue strength category of the details without diaphragm has higher value than fatigue limit, whereas that of the details with diaphragm is estimated lower than fatigue limit.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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