A unique lightweight string truss deployable bridge assembled by thin-walled fiber reinforced polymer (FRP) and metal profiles was designed for emergency applications. As a new structure, investigations into the static structural performance under the serviceability limit state are desired for examining the structural integrity of the developed bridge when subjected to unsymmetrical loadings characterized by combined torsion and bending. In this study, a full-scale experimental inspection was conducted on a fabricated bridge, and the combined flexural-torsional behavior was examined in terms of displacement and strains. The experimental structure showed favorable strength and rigidity performances to function as deployable bridge under unsymmetrical loading conditions and should be designed in accordance with the stiffness criterion, the same as that under symmetrical loads. In addition, a finite element model (FEM) with a simple modeling process, which considered the multi segments of the FRP members and realistic nodal stiffness of the complex unique hybrid nodal joints, was constructed and compared against experiments, demonstrating good agreement. A FEM-based numerical analysis was thereafter performed to explore the effect of the change in elastic modulus of different FRP elements on the static deformation of the bridge. The results confirmed that the change in elastic modulus of different types of FRP element members caused remarkable differences on the bending and torsional stiffness of the hybrid bridge. The global stiffness of such a unique bridge can be significantly enhanced by redesigning the critical lower string pull bars using designable FRP profiles with high elastic modulus.
Miguel, Leandro Fleck Fadel;Miguel, Leticia Fleck Fadel;Riera, Jorge Daniel;Menezes, Ruy Carlos Ramos De
Structural Engineering and Mechanics
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v.27
no.5
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pp.625-638
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2007
The damage detection process may appear difficult to be implemented for truss structures because not all degrees of freedom in the numerical model can be experimentally measured. In this context, the damage locating vector (DLV) method, introduced by Bernal (2002), is a useful approach because it is effective when operating with an arbitrary number of sensors, a truncated modal basis and multiple damage scenarios, while keeping the calculation in a low level. In addition, the present paper also evaluates the noise influence on the accuracy of the DLV method. In order to verify the DLV behavior under different damages intensities and, mainly, in presence of measurement noise, a parametric study had been carried out. Different excitations as well as damage scenarios are numerically tested in a continuous Warren truss structure subjected to five noise levels with a set of limited measurement sensors. Besides this, it is proposed another way to determine the damage locating vectors in the DLV procedure. The idea is to contribute with an alternative option to solve the problem with a more widespread algebraic method. The original formulation via singular value decomposition (SVD) is replaced by a common solution of an eigenvector-eigenvalue problem. The final results show that the DLV method, enhanced with the alternative solution proposed in this paper, was able to correctly locate the damaged bars, using an output-only system identification procedure, even considering small intensities of damage and moderate noise levels.
To deepen the understanding of shear behaviour in beams without transverse reinforcement, the relative importance of five contributing factors to concrete shear resistance($v_c$), which are i)flexural compression zone, ii)friction at crack faces, iii)dowel action, iv)arch action and recently identified, v)residual tensile stresses across cracks, was explained physically using two analytical methods based on the truss concept. One is called "Modified Compression Field Theory(MCFT)" considering ii) and v) explicitly, and the other "Crack Friction Truss Model(CFTM)" more dominantly ii) in determining concrete resistance. To verify their effectiveness, the predictions using MCFT and CFTM were also made for twenty KAIST beam tests($f'_c$=53.7Mpa), designated more likely to the development of the size effect law based on the fracture mechanics concept. Experimental findings with varying of a/d, longitudinal reinforcement ratios, and obtained from MCFT enabled additional explanations for some phenomena which were difficult to measure in tests. However, MCFT seemed somewhat conservative for beams with higher longitudinal reinforcement, while somewhat unsafe for beams with larger depths. More tests are necessary leading to firm conclusions in these areas.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.23
no.1
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pp.45-52
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2010
This paper estimated the impact factor using the finite element program to confirm the dynamic behavior of new type of bridges constructed by introduction of new vehicles and compared the design criteria about the impact factor applied to domestic as well as each country. The study estimated effects of the impact factor according to pipe truss types modeled as respectively 34m, 44m, 54m and span length. The vehicle models are vehicle for bimodal tram of two axis and three axis which passes on actual bridge and dump truck model proposed by Park Young suk(1997). Each vehicle is estimated the impact factor according to velocity from 10 to 100(km/h) and examined. Also, the study investigated and compared the design regulation of domestic and a foreign country based on the impact factor on span center calculated in accordance with vehicle and span length.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2000.04b
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pp.69-76
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2000
In this study, an improved analysis model for the more efficient and accurate structural analysis of cable-stayed bridges is presented. In this model, beam elements, of which stability functions are stabilized by the use of Taylor's series expansions, are used to model space frame structures, and truss elements, of which equivalent elastic moduli are evaluated on the assumption that the deflected shape of a cable has a catenary function, are used to model cables. By using the proposed analysis model, nonlinear static analysis and natural vibration analysis of 2-dimensional and 3-dimensional cable-stayed bridges are carried out and are compared with the analysis results reported by other researchers.
Esfandiari, Akbar;Chaei, Maryam Ghareh;Rofooei, Fayaz R.
Structural Engineering and Mechanics
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v.68
no.1
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pp.39-51
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2018
In this study, a frequency domain model updating method is presented using power spectral density (PSD) data. It uses the sensitivity of PSD function with respect to the unknown structural parameters through a decomposed form of transfer function. The stiffness parameters are captured with high accuracy through solving the sensitivity equations utilizing the least square approach. Using numerically noise polluted data, the model updating results of a truss model prove robustness of the method against measurement and mass modelling errors. Results prove the capabilities of the method for parameter estimation using highly noise polluted data of low ranges of excitation frequency.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2000.10a
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pp.291-296
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2000
In this paper a relatively simple and reliable wall models are investigated, which are suitable to be efficiently incorporated in a practical nonlinear seismic analysis of reinforced concrete shear wall structural systems. Four types of analogous frames have been selected for the elastic stress analysis. Three types of macro-elements model which include wide-column model, truss model and Kabeyasawa model, are chosen for the use in nonlinear analysis. A numerical analysis is carried out for six stories plane coupled wall structure. Analysis results indicate that macro-elements wall model is effective and suitable for simulating stress in elastic analysis. In inelastic analysis, the yielding strength have little effect on different wall model, and the effect on post-yielding stiffness in story shear-drift relationship depend on force-deformation properties of macro-elements.
Presence of torsional loadings can significantly affect the flow of internal forces and deformation capacity of reinforced concrete (RC) columns. It increases the possibility of brittle shear failure leading to catastrophic collapse of structural members. This necessitates accurate prediction of the torsional behaviour of RC members for their safe design. However, a review of previously published studies indicates that the torsional behaviour of RC members has not been studied in as much depth as the behaviour under flexure and shear in spite of its frequent occurrence in bridge columns. Very few analytical models are available to predict the response of RC members under torsional loads. Softened truss model (STM) developed in the University of Houston is one of them, which is widely used for this purpose. The present study shows that STM prediction is not sufficiently accurate particularly in the post cracking region when compared to test results. An improved analytical model for RC square columns subjected to torsion with and without axial compression is developed. Since concrete is weak in tension, its contribution to torsional capacity of RC members was neglected in the original STM. The present investigation revealed that, disregard to tensile strength of concrete is the main reason behind the discrepancies in the STM predictions. The existing STM is extended in this paper to include the effect of tension stiffening for better prediction of behaviour of square RC columns under torsion. Three different tension stiffening models comprising a linear, a quadratic and an exponential relationship have been considered in this study. The predictions of these models are validated through comparison with test data on local and global behaviour. It was observed that tension stiffening has significant influence on torsional behaviour of square RC members. The exponential and parabolic tension stiffening models were found to yield the most accurate predictions.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.10
no.3
s.49
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pp.113-123
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2006
An experimental investigation on the behavior of reinforced concrete coupling beams is presented. The test variables are the span-to-depth ratio, the ratio of flexural reinforcements and the ratio of shear rebars. The distribution of arch action and truss action which compose the mechanism of shear resistance is discussed. The increase of plastic deformation after yielding transforms the shear transfer by arch action into by truss action. This study proposes the deformation model for reinforced concrete coupling beams considering the bond slip of flexural reinforcement. The strain distribution model of shear reinforcements and flexural reinforcements based on test results is presented. The yielding of flexural reinforcements determines yielding states and the ultimate states of reinforced concrete coupling beam are defined as the ultimate compressive strain of struts and the degradation of compressive strength due to principal tensile strain of struts. The flexural-shear failure mechanism determines the ultimate state of RC coupling beams. It is expected that this model can be applied to displacement-based design methods.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.36
no.3
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pp.193-201
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2023
In this study, a nonlinear truss finite element is developed to analyze structures with negative Poisson effect-induced tensile buckling. In general, the well-known buckling phenomenon is a stability problem under a compressive load, whereas tensile buckling occurs because of local compression caused by tension. It is not as well-known as classical buckling because it is a recent study. The mechanism of tensile buckling can be briefly explained from an energy standpoint. The nonlinear truss finite element with a torsional spring is formulated because the finite element has not been reported in the literature yet. The post-buckling analysis is then performed using the generalized displacement control method, which reveals that the torsional spring plays an important role in tensile buckling. Structures that mimic a negative Poisson effect can be constructed using such post-buckling behaviors, and one of the possible applications is a mechanical switch. The results obtained are compared to those of analytical solutions and commercial finite element analysis to assess the validity of the proposed finite element model. The numerical results show that the developed finite element model could be a viable option for the basic design of nonlinear structures with a negative Poisson effect.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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