In the study, dynamic behavior of laminated orthotropic beams on elastic foundation is investigated. Consistent model presented here combines the finite element solution of the system with SAP2000 software and the calculation of soil parameters with MATLAB software using Modified Vlasov Model type elastic foundation. For this purpose, a computing tool is coded in MATLAB which employs Open Application Programming Interface (OAPI) feature of SAP2000 to provide two-way data flow during execution. Firstly, an example is taken from the literature to demonstrate the accuracy of the consistent FEM-Vlasov Model. Subsequently, the effects of boundary conditions, subsoil depth, elasticity modulus of subsoil, slenderness ratio, velocity of moving load and lamination scheme on the behavior of laminated orthotropic beams on elastic foundation are investigated on a new numerical example. It can be concluded that it is really convenient to use OAPI feature of SAP2000 to model this complex behavior of laminated orthotropic beams on elastic foundation under moving load.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.1
no.2
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pp.59-65
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2010
The simple supported reinforced concrete slab bridges are analyzed by the specially orthotropic laminates theory. This method, however, may be too difficult for some practising engineers. In this paper, the result of analysis for such plate by means of the beam theory with unit width is reported. By using the "correction factor", the accurate solution for the plate can be obtained by the beam theory. By using the "correction factor", the accurate solution for the plate can be obtained by the beam theory. The plate aspect ratio considered is from 1 : 1 to 1 : 6. The result of this paper can be used for simply supported slab bridges analysis.
The field around additional cutout of the floor beam web in orthotropic bridge deck was subjected to high stress concentration, especially the weld toe between floor beam and U shaped rib and the free edge of the additional cutout. Based on different considerations, different geometrical parameters of additional cutout were proposed in European, American and Japanese specifications, and there remained remarkable differences among them. In this study, considering influence of out-of-plane deformation of floor beam web and U shaped rib, parameter analysis for additional cutout under typical load cases was performed by fine finite element method. The influence of additional cutout shape and height to the stress distribution around the additional cutout were investigated and analyzed. Meanwhile, the static and fatigue test on this structure details was carried out. The stress distribution was consistent with the finite element analysis results. The fatigue property for additional cutout height of 95mm was slightly better than that of 61.5 mm.
Cheraghbak, Ali;Dehkordi, M. Botshekanan;Golestanian, H.
Steel and Composite Structures
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v.32
no.6
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pp.795-806
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2019
In this paper, free vibration of sandwich beam with flexible core resting on orthotropic Pasternak is investigated. The top and bottom layers are reinforced by carbon nanotubes (CNTs). This sandwich structural is modeled by Euler and Frostig theories. The effect of agglomeration using Mori-Tanaka model is considered. The Eringen's theory is applied for size effect. The structural damping is investigated by Kelvin-voigt model. The motion equations are calculated by Hamilton's principle and energy method. Using analytical method, the frequency of the structure is obtained. The effect of agglomeration and CNTs volume percent for different parameter such as damping of structure, thickens and spring constant of elastic medium are presented on the frequency of the composite structure. Results show that with increasing CNTs agglomeration, frequency is decreased.
Various fatigue damages have been reported in orthotropic steel deck structures put upon girders. These damages are caused by complex behaviors of the deck, which is directly subjected to vehicle loads. To estimate the causes of fatigue cracks at the welded connected parts of the trough rib and the flor beam, and the trough rib and the deck plate, in orthotropic steel deck structures, FE analyses were first, performed in this study. Parameter studies were carried out to suggest effective structural details that consider fatigue, in which the main parameters are the thickness of the deck plate, the shape of the connection of the trough rib and the flor beam such as the slit form, and the welding length. This study suggests that the effective structural details improved the fatigue strength and discusses.
The specially orthotropic plate theory is used for analysis of panels made of girders and cross-beams. The cross-sections of both girders and cross-beams ar H-type. A method of calculating natural frequencies corresponding to the modes of vibration of beams and tower structures with irregular cross sections and arbitrary boundary conditions was developed. The results of application of this method to steel bridge by using specially orthotropic plate theory is presented. The result is compared with that of the beam theory. Finite difference method is used for this purpose. The influence of the $D_{22}$ stiffiness on the natural frequency is rigorously investigated. According to numerical examination given in this paper the result by the plate theory is 2.43 times stiffer than of beam theory.
This is a leading study to replace the structural analysis methodology on the specific traditional joint by a numerical analysis. Tests were carried out to test the compressive methodologies with the numerical results. The Japanese larch was used as a sample. The Orthotropic property of wood was specifically considered for the finite element numerical analysis. Linear numerical analysis and non-linear numerical analysis for the BEAM element and the two SOLID elements of ANSYS were used to analyze the compressive performance. In addition, more finely divided elements were used to raise the accuracy of the numerical result. Finally, the statistically significant differences were tested between that of the analytical and numerical results. It could be concluded that the SOLID 64 element shows the most optimum result when the non-linear analysis with the more finely divided element was used. However, finely dividing of the element is a considerable time consuming process, and it is quite difficult to raise the accuracy of the non-linear numerical analysis. Therefore, if considering the vertical displacement to be of the only interest, the BEAM element is more efficient than the SOLID element because the BEAM element is reflected as a simple line, which is less time consuming and difficult in dividing the elements. But, the BEAM element cannot accurately model the knot as a strength defect factor which is an important property in the orthotropic property of wood. Therefore, the SOLID element should be used to model the strength defect factor, knot, as it can be efficiently applied on the structural size flexure member which could be more strongly effected by the knot. In addition, it is useful at times when the failure types of members are to be more closely investigated, as the SOLID element is able to examine the local stress distribution of the member. The conclusion drawn by this study is of the good concordance between analytical results and numerical results of compressive wood members, but how orthotropic properties should only be considered. The numerical analysis on the specific Korean traditional joints will be based on the current study results.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2001.05a
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pp.141-146
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2001
A post-tensioned steel plate girder bridge with cross-beams is analyzed by specially orthotropic laminate theory. The cross-sections of both girders and cross-beams are WF types. The result is compared with that of the beam theory. This bridge with simple support is under uniformly distributed vertical load, and axial loads and moment due to post-tension. In this paper, finite difference method for numerical analysis of simple supported bridge is developed. Relatively exact solution is obtained even with small number of meshes. Theory and analysis method of specially orthotropic laminate plates used in this paper can be used in design of new bridges, and maintenance and repair of old bridges.
Recently, promising structural technologies like multi-function, ultra-load bearing capacity and tailored structures have been put up for discussions. Finite Element (FE) modelling is probably the best-known option capable of treating these superior properties and multi-domain behavior structures. However, advanced materials such as Functionally Graded Material (FGM) and nanocomposites suffer from problems resulting from variable material properties, reinforcement aggregation and mesh generation. Motivated by these factors, this research proposes a unified shape function for FGM, nanocomposites, graded nanocomposites, in addition to traditional isotropic and orthotropic structural materials. It depends not only on element length but also on the beam's material properties and geometric characteristics. The systematic mathematical theory and FE formulations are based on the Timoshenko beam theory for beam structure. Furthermore, the introduced element achieves C1 degree of continuity. The model is proved to be convergent and free-off shear locking. Moreover, numerical results for static and free vibration analysis support the model accuracy and capabilities by validation with different references. The proposed technique overcomes the issue of continuous properties modelling of these promising materials without discarding older ones. Therefore, introduced benchmark improvements on the FE old concept could be extended to help the development of new software features to confront the rapid progress of structural materials.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.1
no.1
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pp.9-15
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2010
In this paper, A reinforced concrete slab bridges is analyzed by the composite laminates theory. Both the geometry and the material of the cross section of the reinforced concrete slab bridge are considered symmetrical with respect to the mid-surface so that the bending extension coupling stiffness, Bij = 0, and D16 = D26 = 0. Each longitudinal and transverse steel layer is regarded as a lamina, and material constants of each lamina is calculated by the use of rule of mixture. This slab with simple support is under uniformly distributed vertical and axial loads. In this paper, the finite difference method and specially orthotropic laminates theory are used for analysis. The result of specially orthotropic laminates theory analysis is modified to obtain the solution of the beam analysis. The result of this paper can be used for reinforced concrete slab analysis by the engineers with undergraduate study in near future.
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