KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.14
no.6
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pp.1299-1308
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1994
This paper is considered on the dynamic behavior and the dynamic impact coefficient on the cable-stayed bridge under the vehicle load. The method of static analysis, that is, the transfer matrix method is used to get influence values about displacements, section forces of girder and cable forces. Gotten influence values were used as basic data to analyse dynamic behavior. This paper used the transfer matrix method because it is relatively simpler than the finite element method, and calculating speed of computer is very fast and the precision of computation is high. In the process of dynamic analysis, the uncoupled equation of motion is derived from simultaneous equation of the motion of cable-stayed bridge and vehicle travelling by using mode shape, which was borne from system of undamped free vibration. The solution of the uncoupled equation of motion, that is, time history of response of deflections, velocity and acceleration on reference coordinate system, is found by Newmark-${\beta}$ method, a kind of direct integral method. After the time history of dynamic response was gotten, and it was transfered to the time history of dynamic response of cable-stayed bridge by linear transformation of coordinates. As a result of this numerical analysis, effect of dynamic behavior for cable-stayed bridge under the vehicle load has varied depending on parameter of design, that is, the ratio of span, the ratio of main span length, tower height, the flexural rigidity of longitudinal girder, the flexural rigidity of tower, and the cable stiffness, investigated. Very good agreements with the existing solution in the literature are shown for the uncracked plate as well as the cracked plate.
Recently, in proportion to the increase of earthquake occurrence-frequency and its strength in the countries within the circum-pan Pacific earthquake belt, a concept of earthquake-proof design for huge structures containing liquid has been growing up. This study deals with the refinement of classical numerical approaches for the free vibration analysis of separated structure and liquid motions. According to the liquid-structure interaction, LNG-storage tanks exhibit two distinguished eigenmodes, the sloshing mode and the bulging mode. For the sloshing -mode analysis, we refine the classical rigid-tank model by reflecting the container flexibility. While, for the bulging-mode analysis, we refine the classical uncoupled structural vibration system by taking the liquid free-surface fluctuation into consideration. We first construct the refined dynamic models for both problems, and present the refined numerical procedures. Furthermore, in order for the efficient treatment of large-scale matrices, we employ the Lanczos iteration scheme and the frontal-solver for our test FEM program. With the developed program we carry out numerical experiments illustrating the theoretical results.
Structural control through integration of passive damping devices within the building structure has been increasingly implemented internationally in the last years and has proven to be a most promising strategy for earthquake safety. In the present paper an alternative configuration of an innovative energy dissipation mechanism that consists of slender tension only bracing members with closed loop and a hysteretic damper is investigated in its dynamic behavior. The implementation of the adaptable dual control system, ADCS, in frame structures enables a dual function of the component members, leading to two practically uncoupled systems, i.e., the primary frame, responsible for the normal vertical and horizontal forces and the closed bracing-damper mechanism, for the earthquake forces and the necessary energy dissipation. Three representative international earthquake motions of differing frequency contents, duration and peak ground acceleration have been considered for the numerical verification of the effectiveness and properties of the SDOF systems with the proposed ADCS-configuration. The control mechanism may result in significant energy dissipation, when the geometrical and mechanical properties, i.e., stiffness and yield force of the integrated damper, are predefined. An optimum damper ratio, DR, defined as the ratio of the stiffness to the yield force of the hysteretic damper, is proposed to be used along with the stiffness factor of the damper's- to the primary frame's stiffness, in order for the control mechanism to achieve high energy dissipation and at the same time to prevent any increase of the system's maximum base shear and relative displacements. The results are summarized in a preliminary design methodology for ADCS.
The effects of water flow rate and phytoplankton concentration on the growth of the sandy shore clam Gafrarium tumidum was investigated in a laboratory flume study using a $3{\times}3$ factorial design. After 60 days, shell length, shell weight and tissue dry weight increased significantly with phytoplankton concentration. For the effect of flow rate, growth was faster when flow rate increased from low to medium level; further increases in flow rate, however, either did not sustain faster growth or resulted in a reduction in growth. The condition index (CI) of a standard-sized clam was significantly higher at low flow rate than at medium and high flow rates and was negatively correlated with phytoplankton concentration. The uncoupled growth of shell and tissue in response to flow rate and phytoplankton concentration may be adaptations to low food environments, so that energy can either be stored to sustain life or reserved for gametogenesis during the reproductive period.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.27
no.2
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pp.38-46
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1985
The reinforced concrete farm silos on the elastic foundatin are widely used in agricultural engineering because of their superior structural performance, economy and attractive appearance. Various methods for the analysis and design of farm silo, such as the analytical method, the finite difference method, and the finite element methods, can be used. But the analytical procedure can not be applied for the intricate conditions in practice. Therefore lately the finite element method has been become in the structural mechanics. In this paper, a method of finite element analysis for the cylindrical farm silo on ffness matrix for the elastic foundation governed by winkler's assumption. A complete computer programs have been developed in this paper can be applicable not only to the shell structures on elastic foundation but also to the arbitrary three dimensional structures. Assuming the small deflection theory, the membrane and plate bending behaviours of flat plate element can be assumed mutually uncoupled. In this case, the element has 5 degrees of freedom per node when defined in the local coordinate system. However, when the element properties are transformed to the global coordinates for assembly, the 6th degree of freedom should be considered. A problem arises in this procedure the resultant stiffness in the 6th degree of freedom at this node will be zero. But this singularity of the stiffness matrix can be eliminated easily by merely replacing the zero diagonal by dummy stiffness.
This paper presents a number of approximated analytical formulations for the flutter analysis of long-span bridges using the so-called uncoupled flutter derivatives. The formulae have been developed from the simplified framework of a bimodal coupled flutter problem. As a result, the proposed method represents an extension of Selberg's empirical formula to generic bridge sections, which may be prone to one of the aeroelastic instability such as coupled-mode or single-mode (either dominated by torsion or heaving mode) flutter. Two approximated expressions for the flutter derivatives are required so that only the experimental flutter derivatives of ($H_1^*$, $A_2^*$) are measured to calculate the onset flutter. Based on asymptotic expansions of the flutter derivatives, a further simplified formula was derived to predict the critical wind speed of the cross section, which is prone to the coupled-mode flutter at large reduced wind speeds. The numerical results produced by the proposed formulas have been compared with results obtained by complex eigenvalue analysis and available approximated methods show that they seem to give satisfactory results for a wide range of study cases. Thus, these formulas can be used in the assessment of bridge flutter performance at the preliminary design stage.
Flexible risers have been used extensively in recent years for floating and early production systems. Such risers offer the advantage of having inherent heave compliance in their catenary thereby greatly reducing the complexity of the riser-to-rig and riser-to subsea interfaces. Another advantage with flexible risers is their greater reliability. Concerns about fatigue life, gas permeation and pigging of lines have been overcome by extensive experience with these risers in production applications. In this paper, flexible riser analysis results were compared through coupled and uncoupled dynamic analyses methods. A time domain coupled analysis capability has been developed to model the dynamic responses of an integrated floating system incorporating the interactions between vessel, moorings and risers in a marine environment. For this study, SPM (Single Point Mooring) system for an FSU in shallow water was considered. This optimization model was integrated with a time-domain global motion analysis to assess both stability and design constraints of the flexible riser system.
For normally consolidated clay, several researchers have developed a number of theoretical time factors to determine the coefficient of consolidation However, depending on the assumptions and analytical techniques, it could considerably vary even for a specific degree of consolidation. In this paper, a method is proposed to determine a consistent coefficient of consolidation over all ranges of degree of consolidation by applying the concept of the Optimum Design Technique. The initial excess pore pressure distribution is assumed to be obtainable by the successive spherical cavity expansion theory. The dissipation of pore pressure is simulated by means of two dimensional linear-uncoupled axisymmetric consolidation analysis. The minimization of the differences between the measured and the predicted excess pore pressures was carried by BFGS unconstrained optimum design algorithm with one dimensional golden section search technique. By analyzing numerical and real field examples, it can be found that the adopted optimum technique gives a consistent and convergent results.
Normally all manufacturing and fabrication processes introduce residual stresses in a component. These stresses exist even after all service or external loads have been removed. Residual stresses have been studied elaborately in the past and even in depth research have been done to determine their magnitude and distribution during different manufacturing processes. But very few works have dealt with the study of residual stresses formation during the casting process. Even though these stresses are less in magnitude, they still result in crack formation and subsequent failure in later phases of the component usage. In this work, the residual stresses developed in a shifter during casting process are first determined by finite element analysis using ANSYS(R) Mechanical APDL, Release 12.0 software. Initially the analysis was done on a simple block to determine the optimum element size and boundary conditions. With these values, the actual shifter component was analyzed. All these simulations are done in an uncoupled thermal and structural environment. The results showed the areas of maximum residual stress. This was followed by the geometrical optimization of the cast part for minimum residual stresses. The resulting shape gave lesser and more evenly distributed residual stresses. Crack compliance method was used to experimentally determine the residual stresses in the modified cast part. The results obtained from the measurements are verified by finite element analysis findings.
Garcia-Guerrero, Juan M.;Jorquera-Lucerga, Juan J.
Steel and Composite Structures
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v.32
no.4
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pp.479-495
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2019
In tied-arch bridges, the way the arch and the deck are connected may become crucial. The deck is usually suspended from hangers made out of steel pinned cables capable of resisting axial forces only. However, a proper structural response may be ensured by fixing and stiffening the hangers in order to resist, additionally, shear forces and bending moments. Thus, this paper studies the effect of different pinned and stiffened hanger arrangements on the structural behavior of the tied-arch bridges, with the intention of providing designers with useful tools at the early steps of design. Longitudinally and transversally stiffened hangers (and the effect of hinges at the hangers and their locations) are studied separately because the in-plane and the out-of-plane behavior of the bridge are uncoupled due to its symmetry. As a major conclusion, regarding the in-plane behavior, hangers composed of cables (either with vertical, $Nielsen-L\ddot{o}hse$ or network arrangements) are recommended due to its low cost and ease of erection. Alternatively, longitudinally stiffened hangers, fixed at both ends, can be used. Regarding the out-of-plane behavior, and in addition to three-dimensional arrangements of cables, of limited effectiveness, transversally stiffened hangers fixed at both ends are the most efficient arrangement. A configuration almost as efficient and, additionally, cheaper and easier to build can be achieved by locating a hinge at the end corresponding to the most flexible structural element (normally the arch). Its efficiency is further improved if the cross-section tapers from the fixed end to the pinned end.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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