This study develops and numerically verifies an innovative seismically resilient bracing system. The proposed self-centering tension-only brace (SC-TOB) is composed of a tensioning system to provide a self-centering response, a frictional device for energy dissipation, and a high-strength steel cable as a bracing element. It is considered to be an improvement over the traditional self-centering braces in terms of lightness, high bearing capacity, load relief, and double-elongation capacity. In this paper, the mechanics of the system are first described. Governing equations deduced from the developed analytical model to predict the behavior of the system are then provided. The results from a finite element validation confirm that the SC-TOB performs as analytically predicted. Key parameters including the activation displacement and load, the self-centering parameter, and equivalent viscous damping are investigated, and their influences on the system behavior are discussed. Finally, a design procedure considering controlled softening behavior is developed and illustrated through a design example.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.18
no.1
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pp.19-30
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2014
In this study nonlinear FEM analysis for steel pylon base of a cable supported bridge is performed in order to compare the results of Akashi-Kaikyo bridge's design specification established in 1970. Due to convenience of its application, the Akashi grand bridge's design specification has been applied to the base design of cable stayed bridges. It has been using linear spring in order to model prestressed high tensioned bars between steel pylon bottom plates and the base concrete. However, the results of nonlinear FEM analysis revealed that the Akashi-Kaikyo bridge's design specification has various problems in the analysis of the steel pylon base. And the steel pylon base has various complex members connecting with each other, and it is main member to resist against the wind load or the earthquake load. Therefore, the nonlinear FEM analysis has to be conducted in order to predict the behavior of steel pylon base exactly. Also, the nonlinear FEM analysis is more reasonable for the load and resistant factor design.
The paper focuses on the dynamic response of a blast-invested glass-steel curtain wall supported by single-way pretensioned cables. In order to mitigate the critical components of the façade from severe structural damage, an innovative system able to absorb and dissipate part of the blast-induced stresses in the critical façade components is proposed. To improve the blast reliability of the studied glazing system, specifically, rigid-plastic and elastoplastic devices are introduced at the base and at the top of the vertical bearing cables. Several combinations and mechanical calibrations of these devices are numerically investigated and the most structurally and economically advantageous solution is identified. In conclusion, a simple analytical formulation totally derived from energetic considerations is also suggested for a preliminary estimation of the maximum dynamic effects in single-way cable-supported façades subjected to high-level blast loads.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.42
no.3
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pp.323-331
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2022
An experimental study was conducted to investigate the effect of applied tensile force and temperature on the permeability of magnetic flux in prestressing steel. The permeability of magnetic flux is the ratio at which the magnetic flux between two points passes. The prestressing steel used in these experiments included a 7-mm PS wire mainly used for cable-stayed bridges and a 12.7-mm PS strand for prestressed concrete bridges. The experiments to extract the permeability of the magnetic flux of steel wire and strand were conducted under various tensile levels and temperature conditions. From the experimental results, it was observed that the permeability of magnetic flux of the PS tension material was linearly proportional to the applied tensile stress level, and inversely proportional to the temperature. If the experimental relationship among the magnetic permeability, temperature, and prestressing ratio of a PS tension material is known in advance, the current tension stress level on PS members can be evaluated by measuring solely the magnetic permeability and temperature.
A radially retractable roof structure based on the concept of the hybrid grid shell is proposed in this paper. The single-layer steel trusses of the radially foldable bar structure are diagonally stiffened by cables, which leads to a single-layer lattice shell with triangular mesh. Then comparison between the static behavior between the retractable hybrid grid shell and the corresponding foldable bar shell with quadrangular mesh is discussed. Moreover, the effects of different structural parameters, such as the rise-to-span ratio, the bar cross section area and the pre-stress of the cables, on the structural behaviors are investigated. The results show that prestressed cables can strengthen the foldable bar shell with quadrangular mesh. Higher structural stiffness is anticipated by introducing cables into the hybrid system. When the rise-span ratio is equal to 0.2, where the joint displacement reaches the minimal value, the structure shape of the hyrbid grid shell approaches the reasonable arch axis. The increase of the section of steel bars contributes a lot to the integrity stiffness of the structure. Increasing cable sections would enhance the structure stiffness, but it contributes little to axial forces in structural members. And the level of cable prestress has slight influence on the joint displacements and member forces.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2003.04a
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pp.537-544
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2003
This paper deals with stress corrosion cracking behavior of high strength steel exposed to marine environments. The objective is to determine the time to failure as a function of hydrogen concentration and tensile stress in the wires. A crack growth curve is modeled using finite element method (FEM) program. The coupled hydrogen diffusion-stress analyses of SCC were programmed separately. The first part is calculating stress and stress intensity /sup 1)/factor of a cylindrical shell, prestressing tendon or suspension bridge wires, from the initiation of cracks to rupture. Virtual crack extension method, contour integral method, and crack tip elements are used for the calculation of stresses in front of the crack tip. Comparisons of the result show a good agreement with the analytical equations and wire tests. The second part of the study deals with the programming of hydrogen diffusion, affected by hydrostatic stress, calculated at the location of boundary of plastic area around the crack tip. The results of paper can be used in the design and management of prestressed structures, cable stayed and suspension bridges. Time dependent correlated parallel reliabilities of a cable, composed of 36 wires, were evaluated by the consideration of the deterioration of stress corrosion cracking.
In this paper, a non-linear structural analysis software with pro-processing and post-recessing function is proposed by the author. The software incorporating the functions of the structural analysis and geometrical design of Tensegrity structures. Using this software, Cable Dome is analyzed as a prototype, a comprehensive study on the structural behavior of Tensegrity domes is presented in detail. Design methods of Tensegrity domes were proposed. Based on the analysis, optimizing design was performed. Several new Tensegrity domes with different geometrical design scheme are proposed, the structural analysis of the new schemes is also conducted. The analysis result shows that the proposed new forms of the Tensegrity domes are reasonable for practical applications.
Hybrid girders can be constructed in different geometrical forms and from different materials. Selection of beam's effective constellation represents a complex process considering the variations of geometrical parameters, changes of built in material characteristics and their mutual relations, which has important effect on the behavior of the girder. This paper presents the theoretical and experimental research on behavior of the timber-steel hybrid girders' different geometrical constellation with external prestressing and in different conditions of timber moisture. These researches are based on linear elastic analysis, and further refine by using the plasticity and damage models.
Park, Jae-Hyung;Hong, Dong-Soo;Kim, Jeong-Tae;Na, Won-Bae;Cho, Hyun-Man
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.22
no.1
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pp.21-31
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2010
In this study, a technique that uses wireless impedance sensor nodes is proposed to monitor tensile force of structural cable. To achieve this goal, the following approaches were implemented. First, a wireless impedance sensor node was designed for automated and cost-efficient prestress-loss monitoring. Second, an impedance-based algorithm was embedded in the wireless impedance sensor node for autonomous structural health monitoring of structural cables. Third, a tensile force monitoring technique that uses an interface plate for structural cables was proposed to overcome the limitations of the wireless impedance sensor node such as its narrow-band measurable frequency ranges. Finally, the applicability of the wireless impedance sensor node and the technique that uses the interface washer were evaluated in a lab-scaled prestressed concrete (PSC) girder model with internal and external tendons for which several prestress-loss scenarios were experimentally monitored with the wireless impedance sensor nodes.
Integral and rigid frame bridges have advantages in bridge maintenance and structural efficiency by eliminating expansion joints and bridge supports. However, the detail of typical girder-abutment connection is rather complex and increases construction cost depending on construction detail. For the purpose of compensating disadvantages such as complexity and additional cost, a new type of bridge is proposed in this study, which improves the efficiency of construction by simplifying the construction detail of girder-abutment connection. The proposed bridge has the connection detail of steel girder and abutment integrated by prestressed PS bar installed in the connection. In this study, finite element analysis and fatigue load test are conducted to evaluate the fatigue capacity of the proposed girder-abutment connection. The results of the finite element analysis revealed that the possibility of the fatigue damage in the girder-abutment connection is very low. The results of the fatigue load test verified that the integrity of the girder and abutment connection is maintained after 2,000,000 cycles of fatigue loading.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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