This study is devoted to estimate higher-mode effects for multi-story structures with considering soil-structure interaction subjected to decomposed parts of near-fault ground motions. The soil beneath the super-structure is simulated based on the Cone model concept. Two-dimensional structural models of 5, 15, and 25-story shear buildings are idealized by using nonlinear stick models. The ratio of base shears for the soil-MDOF structure system to those obtained from the equivalent soil-SDOF structure system is selected as an estimator to quantify the higher-mode effects. The results demonstrate that the trend of higher-mode effects is regular for pulse component and has a descending variation with respect to the pulse period, whereas an erratic pattern is obtained for high-frequency component. Moreover, the effect of pulse component on higher modes is more significant than high-frequency part for very short-period pulses and as the pulse period increases this phenomenon becomes vice-versa. SSI mechanism increases the higher-mode effects for both pulse and high-frequency components and slenderizing the super-structure amplifies such effects. Furthermore, for low story ductility ranges, increasing nonlinearity level leads to intensify the higher-mode effects; however, for high story ductility, such effects mitigates.
The high frequency force balance (HFFB) technique provides convenient measurements of integrated forces on rigid building models in terms of base bending moments and torque and/or base shear forces. These base moments or forces are then used to approximately estimate the generalized forces of building fundamental modes with mode shape corrections. This paper presents an analysis framework for coupled dynamic response of tall buildings with HFFB technique. The empirical mode shape corrections for generalized forces with coupled mode shapes are validated using measurements of synchronous pressures on a square building surface from a wind tunnel. An alternative approach for estimating the mean and background response components directly using HFFB measurements without mode shape corrections is introduced with a discussion on higher mode contributions. The uncertainty in the mode shape corrections and its influence on predicted responses of buildings with both uncoupled and coupled modal shapes are examined. Furthermore, this paper presents a comparison of aerodynamic base moment spectra with available data sets for various tall building configurations. Finally, e-technology aspects in conjunction with HFFB technique such as web-based on-line analysis framework for buildings with uncoupled mode shapes used in NALD (NatHaz Aerodynamic Loads Database) is discussed, which facilitates the use of HFFB data for preliminary design stages of tall buildings subject to wind loads.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.24
no.3
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pp.259-266
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2011
The transient vibration test and synchronized human excitation is performed for low-rise concrete buildings and their identified natural frequency, damping ratio, and mode shape are compared. Form the identified dynamic parameters, it was found that the damping ratio obtained through the synchronized human excitation test is greater than those obtained from the transient vibration test. However, the mode shapes of the first mode are not significantly different regardless of the test method. Further, the stiffness of the interior brick partition considerably affect the stiffness of the entire building such that the first natural mode of rectangular shaped building occurred in the longitudinal direction rather than transverse direction.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.28
no.6
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pp.659-666
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2015
In this paper, various influence factors on the impact-echo test which is an effective method in characterizing defects such as such as the delamination in the concrete structures were studied. The side to thickness ratio(a/h), the relative position of impacting and sensing points over the delamination that have great effects on the flexural and impact-echo(thickness) modes were investigated and examined by the parametric finite element analysis. As a result, the flexural modes dominate in the case of a/h > 2 and the thickness mode was more evident when a/h < 2. With regard to the relative position of impact source and sensing point to the defect, the flexural modes dominate even when either the loading or sensing point was over the delamination defect. However, the thickness mode prevails when both the impacting and sensing points are over the solid region beyond the delamination area.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.15
no.1
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pp.127-136
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2002
This papers presents a practical damage detection algorithm based on damage index method that accurately assesses both the location and severity of the localized detriment in a bridge structure using only limited mode shapes. In the algorithm, the ratio of the modal vector sensitivity of an undamaged structure to that of a damaged structure is used as an indicator of damage. However, a difficulty arises when the damaged element is located at a node of mode where the amplitude of medal vector is close to zero, leading the singularity of the ratio (i.e., division-by-zero). This singularity problem is overcome by introducing a parameter denoted a sensitivity filter, a function of mode shape of the structure, in modal vector sensitivity. Using this concept, an improvement can be considerably achieved in the estimation of both degree of severity and location of damage. To verify the proposed algorithm, its numerical implementations are conducted for a simply supported beam and a 2-span continuous beam.
This paper provides a variety of viewpoints to illustrate the mechanism of the deck-stay interaction with the appropriate initial shapes of cable-stayed bridges. Based on the smooth and convergent bridge shapes obtained by the initial shape analysis, the one-element cable system (OECS) and multi-element cable system (MECS) models of the Kao Ping Hsi Bridge in Taiwan are developed to verify the applicability of the analytical model and numerical formulation from the field observations in the authors' previous work. For this purpose, the modal analysis of the two finite element models are conducted to calculate the natural frequency and normalized mode shape of the individual modes of the bridge. The modal coupling assessment is also performed to obtain the generalized mass ratios among the structural components for each mode of the bridge. The findings indicate that the coupled modes are attributed to the frequency loci veering and mode localization when the "pure" deck-tower frequency and the "pure" stay cable frequency approach one another, implying that the mode shapes of such coupled modes are simply different from those of the deck-tower system or stay cables alone. The distribution of the generalized mass ratios between the deck-tower system and stay cables are useful indices for quantitatively assessing the degree of coupling for each mode. These results are demonstrated to fully understand the mechanism of the deck-stay interaction with the appropriate initial shapes of cable-stayed bridges.
In this paper, two different techniques for mixed-mode type engineering fracture mechanics are investigated to estimate the stress intensity factors by using p-version finite element model. These two techniques are displacement extrapolation with COD and CSD method and J-integral with decomposition method. By decomposing the displacement field obtained from p-version of finite element analysis into symmetric and antisymmetric displacement fields with respect to the crack line, Mode-I and Mode-II stress intensity factors can be determined using aforementioned techniques. The example problems for validating the proposed techniques are centrally and centrally oblique cracked panels under tension. The numerical results associated with the variation of oblique angle and the ratio of crack length and panel width (a /W ratio) are compared with those by theoretical values and empirical solutions in literatures. Very good agreements with the existing solutions are shown.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.9
no.1
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pp.61-68
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2009
This paper is concerned with the investigation of the structural behavior of waffle structure. Parametric variation on waffle floor thickness, main beam depth and column sizes are imposed to study the effects on mode shapes and natural frequencies of waffle structures. Comparisons between FEM models using shell and 3D-solid elements have also been made. The analysis result has shown that the mode frequencies increase with i) increase in main beam depth at level 2 and ii) decrease in waffle slab thickness at level 3. Both 3D and 2D model shown similar mode shapes. Besides, there is a consistent difference in mode frequencies between 3D and 2D model ranging from 25% to 36%.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.24
no.5
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pp.53-60
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2020
In this study, smart precast-in-place concrete, such as continuity with Precast any technology that can be the Application of Building Structures and railway stations, civil structures. After the same way in the field installation design based on the criteria railways and derived the right section, through the Static and Dynamic Response Analysis. Dynamic sensor and the triaxial acceleration measured by attaching the sensor acceleration response according to the extent of the damage of Precast Panel Structures and mode of Precast Structures, by comparing the data. Data for the stability and improvement of the uncertainty in along a railroad and Future of Precast Panel Structures of time to replace. This is to use this data as basic data on damage prediction.
Li, Qing;Feng, Yujun;Sun, Yinhong;Chang, Zhe;Wang, Yanshan;Peng, Wanjing;Ma, Yi;Tang, Chun
Current Optics and Photonics
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v.6
no.2
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pp.143-150
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2022
Anti-resonant hollow-core photonic crystal fiber (AR-HCF) has unique advantages, such as low nonlinearity and high damage threshold, which make it a promising candidate for high-power laser delivery at distances of tens of meters. However, due to the special structure, optical properties such as mode-field profile and bending loss of hollow-core fibers are different from those of solid-core fibers. These differences have limited the widespread use of AR-HCF in practice. In this paper we conduct numerical analysis of AR-HCFs with different structural parameters, to analyze their influences on an AR-HCF's optical properties. The simulation results show that with a 23-㎛ air-core diameter, the fundamental mode profile of an AR-HCF can well match that of the widely used Nufern's 20/400 fiber, for nearly-single-mode power delivery applications. Moreover, with the ratio of cladding capillary diameter to air-core diameter ranging from 0.6 to 0.7, the AR-HCF shows excellent optical characteristics, including low bending sensitivity while maintaining single-mode transmission at the same time. We believe these results lay the foundation for the application of AR-HCFs in the power delivery of high power fiber laser systems.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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