The present study fundamentally investigated the mechanical performance of the rib-stiffened super-wide bridge deck with twin box girders in concrete, which is a very popular application to efficiently widen the bridges with normal span. The shear lag effects of the specific cross-sections were firstly studied. The spatial stress distribution and local stiffness of the bridge deck with twin box girders were then investigated under several typical wheel load conditions. Meanwhile, a comparative study for the bridge deck with and without stiffening ribs was also carried out during the investigation; thereby, a design optimization for the stiffening ribs was further suggested. Finally, aiming at the preliminary design, an approximate methodology to manually calculate the bending moments of the rib-stiffened bridge deck was analytically proposed for engineers to quickly assess its performance. This rib-stiffened bridge deck with twin box girders can be widely applied for concrete (especially concrete cable-stayed) bridges with normal span, however, requiring a super-wide bridge width due to the traffic flow.
Optimal design of raft-pile foundations is examined by combining finite element technique and the optimization approach. The piles and soil medium are modeled by three dimensional solid elements while the raft is modelled by shell elements. Drucker-Prager criterion is adopted for the soil medium while the raft and the piles are assumed to be linear elastic. For the optimization process, the approximate semi-analytical method is used for calculating constraint sensitivities and a constraint approximation method which is a combination of the extended Bi-point approximation and Lagrangian polynomial approximation is used for predicting the behaviour of the constraints. The objective function of the problem is the volume of materials of the foundation while the design variables are raft thickness, pile length and pile spacing. The generalized reduced gradient algorithm is chosen for solving the optimization process. It is demonstrated that the method proposed in this study is promising for obtaining optimal design of raft-pile foundations without carrying out a large number of analyses. The results are also compared with those obtained from the previous study in which linear analysis was carried out.
The collapse pressure of tubes is determined experimentally by Tschoepe and Maison for various materials with different geometries. The results are compared with those obtained by ASME Codes UG-31 and UG-28. A collage pressure is the pressure required for the incipient yielding stress of the tubes with and without ovality. This collapse pressure is compared with the experimental results by Tschoepe and Maison. The present investigation is towards finding the collapse pressure required to bring the entire wall of tubes into a state of plastic flow for the pipes, with ovality and without ovality. This collapse pressure is compared with the collapse pressure obtained through experiments in the present investigation. The experimental results are compared with the pressure obtained by FEM(finite element methods). The FEM results are then compared with results obtained through an approximate plastic analysis of the strain hardening material, SA312-TP304 stainless steel. The structural integrity evaluation is performed for the heat exchanger used in an actual nuclear power plant by using various methods described in this paper. The results obtained by the various analyses and the FEM are discussed. consequently, the paper is oriented towards an actual design purpose of d heat exchanger in an industrial environment, rather than for the purpose of an academic research project investigation.
An approximate analysis is presented for multi-story setback buildings subjected to ground motions. Setback buildings with mass and stiffness discontinuities are common in modern architecture and quite often they are asymmetric in plan. The proposed analysis provides basic dynamic data (frequencies and peak values of base resultant forces) and furthermore an overview of the building response during a ground excitation. The method is based on the concept of the equivalent single story system, which has been introduced by the author in earlier papers for assessing the response of uniform in height buildings. As basic quantities of the dynamic response of elastic setback buildings can be derived by analyzing simple systems, a structural layout of minimum elastic rotational response can be easily constructed. The behavior of such structural configurations, which is basically translational into the elastic phase, is also examined into the post elastic phase when the strength assignment of the various bents is based on a planar static analysis under a set of lateral forces simulating an equivalent 'seismic loading'. It is demonstrated that the almost concurrent yielding of all resisting elements preserves the translational response, attained at the end of the elastic phase, to the post elastic one.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.15
no.1
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pp.1-8
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2002
When a body enters waters, its original kinetic energy or momentum is distributed among the body and surrounding water in the form of added mass. Due to the transfer of the energy or momentum, the bode is subjected to the hydrodynamic impact forces and acceleration. This impact behavior can be an important criterion of submersible vehicle launched to the air. In this paper, based on Life-boat model, an approximate method is proposed for the evaluation of the forces and responses of cylindrical rigid bode by water entry impact. The impact forces are calculated by yon Karman's momentum theory and motion responses the body, especially acceleration, are calculated by a numerical integration of the motion equations derived by hydrodynamic force equilibrium. The proposed method is expected to be a simple but efficient tool lot the preliminary design or motion analysis of a body subjected to water entry impact.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2002.05a
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pp.651-659
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2002
Component Mode Synthesis (CMS) is a dynamic substructuring technique to get an approximate eigensolutions of large degree-of-freedom structures divisible into several components. But, In practice. most of large structures are modeled by different teams of engineers. and their respective finite element models often require different mesh resolutions. As a result, the finite element substructure models can be non-conforming and/or incompatible. In this work, A hybrid version of component mode synthesis using a localized lagrange multiplier to treat the non-conforming mesh problem was derived. Evolution Strategies (ESs) is a stochastic numerical optimization technique and has shown a robust performance for solving deterministic problems. An ESs conducts its search by processing a population of solutions for an optimization problem based on principles from natural evolution. An optimization example for raising the first natural frequency of a plate structure using beam stiffeners was presented using hybrid component mode synthesis and robust evolution strategies (RES) optimization technique. In the example. the design variables are the positions and lengths of beam stiffeners.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.9
no.1
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pp.283-292
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2005
This paper predicts premature failure load of reinforced concrete beams by epoxy-boned partially steel plates. A parametric study is conducted to estimate premature failure load of beams such as with or without stirrups, unplated length ratio, steel and reinforcement ratio, shear span to depth ratio of reinforcement beam. By results of finite element analysis, it turned out that the unplated length played a dominant role in partially plated beams but reinforcement ratio and shear span to depth ratio effected the premature failure load. The approximate expression with regard to combined design variables is compared with experimental results. It shows closely agreement.
Earthquake induced hysteretic energy demand for a structure can be used as a limiting value of a certain performance level in seismic design of structures. In cases where it is larger than the hysteretic energy dissipation capacity of the structure, failure will occur. To be able to select the limiting value of hysteretic energy for a particular earthquake hazard level, it is required to define the variation of hysteretic energy in terms of probabilistic terms. This study focuses on the probabilistic evaluation of earthquake induced worst failure probability and approximate confidence intervals for inelastic single-degree-of-freedom (SDOF) systems with a typical steel moment connection based on hysteretic energy. For this purpose, hysteretic energy demand is predicted for a set of SDOF systems subject to an ensemble of moderate and severe EQGMs, while the hysteretic energy dissipation capacity is evaluated through the previously published cyclic test data on full-scale steel beam-to-column connections. The failure probability corresponding to the worst possible case is determined based on the hysteretic energy demand and dissipation capacity. The results show that as the capacity to demand ratio increases, the failure probability decreases dramatically. If this ratio is too small, then the failure is inevitable.
Weicheng Su;Jian Liu;Changjiang Liu;Chiyu Luo;Weihua Ye;Yaojun Deng
Structural Engineering and Mechanics
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v.88
no.5
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pp.501-519
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2023
This paper introduces a new hybrid structural connection joint that combines shear walls with section steel beams, fundamentally resolving the construction complexity issue of requiring pre-embedded connectors in the connection between shear walls and steel beams. Initially, a quasi-static loading scheme with load-deformation dual control was employed to conduct low-cycle repeated loading experiments on five new connection joints. Data was acquired using displacement and strain gauges to compare the energy dissipation coefficients of each specimen. The destruction process of the new connection joints was meticulously observed and recorded, delineating it into three stages. Hysteresis curves and skeleton curves of the joint specimens were plotted based on experimental results, summarizing the energy dissipation performance of the joints. It's noteworthy that the addition of shear walls led to an approximate 17% increase in the energy dissipation coefficient. The energy dissipation coefficients of dog-bone-shaped connection joints with shear walls and cover plates reached 2.043 and 2.059, respectively, exhibiting the most comprehensive hysteresis curves. Additionally, the impact of laminated steel plates covering composite concrete floors on the stiffness of semi-rigid joint ends under excessive stretching should not be disregarded. A comparison with finite element analysis results yielded an error of merely 2.2%, offering substantial evidence for the wide-ranging application prospects of this innovative joint in seismic performance.
The present study provides a relatively simple and accurate analytical model for the prediction of time-dependent stresses and curvatures of cracked R.C. sections under working loads. A more simplified solution is also provided. The proposed models are demonstrated by considering a numerical example and conducting a parametric study on the effects of relevant R.C. design parameters. In contrary to tension reinforcement, the compression reinforcement is found to contribute significantly in reducing tensile stresses in tension steel and in reducing the total section curvatures. The good accuracy of the proposed approximate solution opens a new vision towards a simple yet accurate model for the prediction of time-dependent effects in R.C. structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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