Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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1997.04a
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pp.241-248
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1997
The super-structure in a soil-structure interaction analysis is commonly idealized as lumped parameter system. In this study, the complex shear wall structure is modeled using three different kinds of modeling techniques : 1) full FEM comparatively as an exact solution, 2)equivalent shear spring model assuming mainly shear deformations of the wall, 3) equivalent beam-stick model made by independent static analysis. Dynamic characteristics due to three different modeling methods are compared and investigated before performing structural response analysis. The beam-stick model in comparison to shear spring model gives closer dynamic responses when compared with the full FEM, even though it requires additional unit load static analyses.
In consideration of the mesoscopic structure of soil-rock mixtures in which the rock aggregates are wrapped by soil at normal temperatures, a two-layer embedded model of single-inclusion composite material was built to calculate the shear modulus of soil-rock mixtures. At a freezing temperature, an interface ice interlayer was placed between the soil and rock interface in the mesoscopic structure of the soil-rock mixtures. Considering that, a three-layer embedded model of double-inclusion composite materials and a multi-step multiphase micromechanics model were then built to calculate the shear modulus of the frozen soil-rock mixtures. Given the effect of pore structure of soil-rock mixtures at normal temperatures, its shear modulus was also calculated by using of the three-layer embedded model. Experimental comparison showed that compared with the two-layer embedded model, the effect predicted by the three-layer embedded model of the soil-rock mixtures was better. The shear modulus of the soil-rock mixtures gradually increased with the increase in rock regardless of temperature, and the increment rate of the shear modulus increased rapidly particularly when the rock content ranged from 50% to 70%. The shear modulus of the frozen soil-rock mixtures was nearly 3.7 times higher than that of the soil-rock mixtures at a normal temperature.
As one of the most important parameters in structural health monitoring, structural frequency has many advantages, such as convenient to be measured, high precision, and insensitive to noise. In addition, frequency-change-ratio based method had been validated to have the ability to identify the damage occurrence and location. However, building a precise enough finite elemental model (FEM) for the test structure is still a huge challenge for this frequency-change-ratio based damage detection technique. In order to overcome this disadvantage and extend the application for frequencies in structural health monitoring area, a novel method was developed in this paper by combining the cross-model cross-mode (CMCM) model updating algorithm with the frequency-change-ratio based method. At first, assuming the physical parameters, including the element mass and stiffness, of the test structure had been known with a certain value, then an initial to-be-updated model with these assumed parameters was constructed according to the typical mass and stiffness distribution characteristic of shear buildings. After that, this to-be-updated model was updated using CMCM algorithm by combining with the measured frequencies of the actual structure when no damage was introduced. Thus, this updated model was regarded as a representation of the FEM model of actual structure, because their modal information were almost the same. Finally, based on this updated model, the frequency-change-ratio based method can be further proceed to realize the damage detection and localization. In order to verify the effectiveness of the developed method, a four-level shear building was numerically simulated and two actual shear structures, including a three-level shear model and an eight-story frame, were experimentally test in laboratory, and all the test results demonstrate that the developed method can identify the structural damage occurrence and location effectively, even only very limited modal frequencies of the test structure were provided.
Steel-concrete-steel composite structures with bidirectional webs (SCSBWs) are used in large-scale projects and exhibit good mechanical performances and constructional efficiency. The shear behaviors of SCSBW deep beam members in key joints or in locations subjected to concentrated forces are of concern in design. To address this issue, experimental program is investigated to examine the deep-beam shear behaviors of SCSBWs, in which the cracking process and force transfer mechanism are revealed. Compared with the previously proposed truss model, it is found that a strut-and-tie model is more suitable for describing the shear mechanism of SCSBW deep beams with a short span and sparse transverse webs. According to the experimental analyses, a new model is proposed to predict the shear capacities of SCSBW deep beams. This model uses strut-and-tie concept and introduces web shear and dowel action to consider the coupled multi mechanisms. A stress decomposition method is used to distinguish the contributions of different shear-transferring paths. Based on case studies, a simplified model is further developed, and the explicit solution is derived for design efficiency. The proposed models are verified using experimental data, which are proven to have good accuracy and efficiency and to be suitable for practical application.
System identification is regarded as the most basic technique for structural health monitoring to evaluate structural integrity. Although many system identification techniques extracting mode information (e.g., mode frequency and mode shape) have been proposed so far, it is also desired to identify physical parameters (e.g., stiffness and damping). As for high-rise buildings subjected to long-period ground motions, system identification for evaluating only the shear stiffness based on a shear model does not seem to be an appropriate solution to the system identification problem due to the influence of overall bending response. In this paper, a system identification algorithm using a shear-bending model developed in the previous paper is revised to identify both shear and bending stiffnesses. In this algorithm, an ARX (Auto-Regressive eXogenous) model corresponding to the transfer function for interstory accelerations is applied for identifying physical parameters. For the experimental verification of the proposed system identification framework, vibration tests for a 3-story steel mini-structure are conducted. The test structure is specifically designed to measure horizontal accelerations including both shear and bending responses. In order to obtain reliable results, system identification theories for two different inputs are investigated; (a) base input motion by a modal shaker, (b) unknown forced input on the top floor.
Based on the spatial substructure hybrid simulation test (SHST) method, the seismic performance of a high-strength steel composite K-eccentrically braced frame (K-HSS-EBF) structure system is studied. First, on the basis of the existing pseudostatic experiments, a numerical model corresponding to the experimental model was established using OpenSees, which mainly simulated the shear effect of the shear links. A three-story and five-span spatial K-HSS-EBF was taken as the prototype, and SHST was performed with a half-scale SHST model. According to the test results, the validity of the SHST model was verified, and the main seismic performance indexes of the experimental substructure under different seismic waves were studied. The results show that the hybrid simulation results are basically consistent with the numerical simulation results of the global structure. The deformation of each story is mainly concentrated in the web of the shear link owing to shear deformation. The maximum interstory drifts of the model structure during Strength Level Earthquake (SLE) and Maximum Considered Earthquake (MCE) meet the demands of interstory limitations in the Chinese seismic design code of buildings. In conclusion, the seismic response characteristics of the K-HSS-EBFs are successfully simulated using the spatial SHST, which shows that the K-HSS-EBFs have good seismic performance.
Seismic performance evaluation of shear wall is essential as it is the major lateral load resisting member of a structure. The ultimate load and ultimate drift of the shear wall are the two most important parameters which need to be assessed experimentally and verified analytically. This paper comprises the results of monotonic tests, quasi-static cyclic tests and shake-table tests carried out on a midrise shear wall. The shear wall considered for the study is 1:5 scaled model of the shear wall of the internal structure of a reactor building. The analytical simulation of these tests is carried out using micro and macro modeling of the shear wall. This paper mainly consists of modification in the hysteretic macro model, developed for RC structural walls by Lestuzzi and Badoux in 2003. This modification is made by considering the stiffness degradation effect observed from the tests carried out and this modified model is then used for nonlinear dynamic analysis of the shear wall. The outcome of the paper gives the variation of the capacity, the failure patterns and the performance levels of the shear walls in all three types of tests. The change in the stiffness and the damping of the wall due to increased damage and cracking when subjected to seismic excitation is also highlighted in the paper.
This paper proposes a novel frame element on Winkler-Pasternak foundation for analysis of a non-ductile reinforced concrete (RC) member resting on foundation. These structural members represent flexural-shear critical members, which are commonly found in existing buildings designed and constructed with the old seismic design standards (inadequately detailed transverse reinforcement). As a result, these structures always experience shear failure or flexure-shear failure under seismic loading. To predict the characteristics of these non-ductile structures, efficient numerical models are required. Therefore, the novel frame element on Winkler-Pasternak foundation with inclusion of the shear-flexure interaction effect is developed in this study. The proposed model is derived within the framework of a displacement-based formulation and fiber section model under Timoshenko beam theory. Uniaxial nonlinear material constitutive models are employed to represent the characteristics of non-ductile RC frame and the underlying foundation. The shear-flexure interaction effect is expressed within the shear constitutive model based on the UCSD shear-strength model as demonstrated in this paper. From several features of the presented model, the proposed model is simple but able to capture several salient characteristics of the non-ductile RC frame resting on foundation, such as failure behavior, soil-structure interaction, and shear-flexure interaction. This confirms through two numerical simulations.
Proceedings of the Korean Fiber Society Conference
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1994.10a
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pp.11-11
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1994
A new theoretical fabric shear model has been presented and a quantitative study has been conducted on the shear properties of polyethylene(terephthalate)(PET) fabrics of four different fabric densities and five different weight reduction. The fabric shear properties were measured with KES-F handle measurement system. From the theoretical and experimental studies, following results can be summarized : 1) The fabric shear behavior is strongly dependent on the fabric density and free volume available for the constituent yarns and their filament. 2) Shear hysteresis at the small shear angle(2HG) is dependent more on the yarn tensile properties than on the fabric structure. 3) Shear hysteresis at the shear angle, 5(2HG5) is dependent more on the interaction between two crossing yarns which is directly related on the fabric structure than on the yarn tensile properties.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.4
no.1
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pp.57-70
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2012
This article presents a numerical investigation concerning the effect of two kinds of axially progressing internal flows (namely, upward and downward) on fluid.structure interaction (FSI) dynamics about a marine riser model which is subject to external shear current. The CAE technology behind the current research is a proposed FSI solution, which combines structural analysis software with CFD technology together. Efficiency validation for the CFD software was carried out first. It has been proved that the result from numerical simulations agrees well with the observation from relating model test cases in which the fluidity of internal flow is ignorable. After verifying the numerical code accuracy, simulations are conducted to study the vibration response that attributes to the internal progressive flow. It is found that the existence of internal flow does play an important role in determining the vibration mode (/dominant frequency) and the magnitude of instantaneous vibration amplitude. Since asymmetric curvature along the riser span emerges in the case of external shear current, the centrifugal and Coriolis accelerations owing to up- and downward internal progressive flows play different roles in determining the fluid.structure interaction response. The discrepancy between them becomes distinct, when the velocity ratio of internal flow against external shear current is relatively high.
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