Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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한국전산구조공학회 2001년도 가을 학술발표회 논문집
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pp.369-374
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2001
This paper deals with the buckling loads of column with rotation end restricted by rotational spring. The ordinary differential equations governing the buckling loads of such column is derived as nondimensional forms, and also its boundary conditions are derived. The buckled column model is based on the classical Bemoulli-Euler beam theory. The Runge-Kutta method and Regula-Falsi method are used to perform the integration of the differential equations and to determine the eigenvalue. The numerical methods developed herein for the buckling loads of the such column are found to be efficient and reliable. It is expected that the results obtained herein can be practically utilized in the structural engineering field.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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한국소음진동공학회 2003년도 추계학술대회논문집
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pp.589-594
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2003
The paper proposes a methodology of identifying a substructure model of an existing structure when correct sectional and material properties of the structure are not known. A substructure model is identified by estimating boundary spring constants and stiffness properties of the substructure. Both of static and modal system identification methods have been applied using responses measured at limited locations within the substructure. In defining a substructure model it is required that computed structural responses be consistent with the actual behavior of the part of the structure. Simulation studies on a continuous beam structure and an application to an actual bridge have been carried with static and modal responses. The results and associated problems are discussed in the paper
Train crashes involve complex interaction between deformable bodies in multiple collisions. The purpose of this study is to suggest the effective analytical procedure using simple model for the crashworthiness of motorized trailer of high speed train. The simple model, with very short modeling time and reduced computation time was adopted to extract the global behaviour and to perform a pre-optimization of the considered structure. Firstly, various types of crash events are investigated and the conditions for numerical simulation are defined. The simple model, using the beam and non-linear spring element, and shell element model are used to evaluated energy absorption and deformation mechanism in analyses. And aluminum is applied to real model after verification with square tube analyses. Finally, loading path and energy absorption of main components are evaluated. The analyses are aimed to ensure the crashworthiness design of high speed train.
Steel-concrete composite segments replacing the conventional reinforced concrete segments can provide the rectangular shield tunnel superiorities on bearing capacity, ductility and economy. A simplified model with high-efficiency on computation is proposed for investigating the nonlinear response of the rectangular tunnel lining composed of composite segments. The simulation model is developed by an assembly of nonlinear fiber beam elements and spring elements to express the transfer mechanism of forces through components of composite segments, and radial joints. The simulation is conducted with the considerations of material nonlinearity and geometric nonlinearity associated with the whole loading process. The validity of the model is evaluated through comparison of the proposed nonlinear simulation with results obtained from the full-scale test of the segmental tunnel lining. Furthermore, a parameter study is conducted by means of the simplified model. The results show that the stiffness of the radial joint at haunch of the ling and the thickness of inner steel plate of segments have remarkable influence on the behaviour of the lining.
Ferrarotti, Alberto;Ranzi, Gianluca;Taig, Gerard;Piccardo, Giuseppe
Steel and Composite Structures
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제25권5호
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pp.625-638
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2017
This paper presents a novel approach that describes the first-order (linear elastic) partial interaction analysis of members formed by multi-components based on the Generalised Beam Theory (GBT). The novelty relies on its ability to accurately model the partial interaction between the different components forming the cross-section in both longitudinal and transverse directions as well as to consider the cross-sectional deformability. The GBT deformations modes, that consist of the conventional, extensional and shear modes, are determined from the dynamic analyses of the cross-section represented by a planar frame. The partial interaction is specified at each connection interface between two adjacent elements by means of a shear deformable spring distributed along the length of the member. The ease of use of the model is outlined by an application performed on a multi-component member subjected to an eccentric load. The values calculated with an ABAQUS finite element model are used to validate the proposed method. The results of the numerical applications outline the influence of specifying different rigidities for the interface shear connection and in using different order of polynomials for the shape functions specified in the finite element cross-section analysis.
Since relatively low elasticity modulus of the FRP materials results in lower natural frequencies, it is necessary to study the free vibration of FRP transmission poles. In this paper, the free vibration of tapered FRP transmission poles with thin-walled circular cross-section is investigated by a tapered beam element. To model the flexible joints of the modular poles, a rotational spring model is used. Modal analysis is performed for typical FRP poles with/without joint and they are also modeled by ANSYS commercial finite element software. There is a good correlation between the results of the tapered beam finite element model and those obtained from ANSYS as well as the existing experimental results. The effects of different geometries, material lay-ups, concentrated masses at the pole tip, and joint flexibilities are evaluated. Moreover, it is concluded that using tougher fibres at the inner and outer layers of the cross-section, results in higher natural frequencies, significantly.
Aging and deterioration of existing steel structures necessitate the development of simple and efficient rehabilitation techniques. The current study investigates a methodology to enhance the flexural capacity of steel beams by bonding Glass Fibre Reinforced Plastic (GFRP) sheets to their flanges. A heavy duty adhesive, tested in a previous study is used to bond the steel and the GFRP sheet. In addition to its ease of application, the GFRP sheet provides a protective layer that prevents future corrosion of the steel section. The study reports the results of bending tests conducted on a W-shaped steel beam before and after rehabilitation using GFRP sheets. Enhancement in the moment capacity of the beam due to bonding GFRP sheet is determined from the test results. A closed form analytical model that can predict the yield moment as well as the stresses induced in the adhesive and the GFRP sheets of rehabilitated steel beam is developed. A detailed finite element analysis for the tested specimens is also conducted in this paper. The steel web and flanges as well as the GFRP sheets are simulated using three-dimensional brick elements. The shear and peel stiffness of the adhesive are modeled as equivalent linear spring systems. The analytical and experimental results indicate that a significant enhancement in the ultimate capacity of the steel beam is achieved using the proposed technique. The finite element analysis is employed to describe in detail the profile of stresses and strains that develop in the rehabilitated steel beam.
Semi-rigid frames are frames for whcih the connections joining the beam and column are neither fully rigid nor perfectly pinned. In reality, all steel frames are semi-rigid in nature as all connections exhibit a certain degree of flexibility under loads. For semi-rigid frmaed structures, it is tended to reduce more rigidity of the member for the nonlinear behavior of connections and the P-delta effects of framed structure. To predict the actual behavior of semi-rigid steel frames, a more realistic analysis methods which explicitly takes into account the effect of connection flexibility should be used. In this research, the effect of connection flexibility in the semi-rigid structure has been investigated. To predict the response of flexibility connected frames, the algorithm of semi-rigid steel frame is developed using connection model having nonlinear spring on end of beam.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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한국전산구조공학회 2001년도 가을 학술발표회 논문집
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pp.493-500
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2001
The purpose of this paper is to investigate the natural frequencies and mode shapes of tapered beams with general boundary condition(translational and rotational elastic support) at one end and carrying a tip mass with translational elastic support at the other end. The beam model is based on the classical Bernoulli-Euler beam theory which neglects the effects of rotatory inertia and shear deformation. The governing differential equation for the free vibrations of linearly tapered beams is solved numerically using the corresponding boundary conditions. Numerical results are compared with existing solutions by other methods for cases in which they are available. The lowest three natural frequencies and the corresponding mode shapes are calculated over a wide range of section ratio, dimensionless spring constant, and mass ratio.
Rigid body spring method (RBSM) is an effective tool to simulate the cracking process of structures, and has been successfully applied to investigate the behavior of reinforced concrete (RC) members. However, the theoretical researches and engineering applications of this method mainly focus on two-dimensional problems as yet, which greatly limits its applications in actual engineering projects. In this study, a three-dimensional (3-D) RBSM for RC structures is proposed. In the proposed model, concrete, reinforcing steels, and their interfaces are represented as discrete entities. Concrete is partitioned into a collection of rigid blocks and a uniform distribution of normal and tangential springs is defined along their boundaries to reflect its material properties. Reinforcement is modeled as a series of bar elements which can be freely positioned in the structural domain and irrespective of the mesh geometry of concrete. The bond-slip characteristics between reinforcing steel and concrete are also considered by introducing special linkage elements. The applicability and effectiveness of the proposed method is firstly confirmed by an elastic T-shape beam, and then it is applied to analyze the failure processes of a Z-type component under direct shear loading and a RC beam under two-point loading.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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