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.
To investigate the nonlinear aerostatic stability of the Hutong cable-stayed rail-cum-road bridge with ultra-kilometer main span, a FEM bridge model is established. The tri-component wind loads and geometric nonlinearity are taken into consideration and discussed for the influence of nonlinear parameters and factors on bridge resistant capacity of aerostatic instability. The results show that the effect of initial wind attack-angle is significant for the aerostatic stability analysis of the bridge. The geometric nonlinearities of the bridge are of considerable importance in the analysis, especially the effect of cable sag. The instable mechanism of the Hutong Bridge with a steel truss girder is the spatial combination of vertical bending and torsion with large lateral bending displacement. The design wind velocity is much lower than the static instability wind velocity, and the structural aerostatic resistance capacity can meet the requirement.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1999.04a
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pp.287-294
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1999
The tensegrity structure by prestressed cable, which may have large freedom in scale and form and therefore are received much attention from the view points of their light weight and aesthetics, is a very flexible and geometrically unstable structure because the cable material has little initial rigidity. For the stable self-equilibrated state of the usually very deformable structure, the method to find the optimal initial stress by the shape analysis is proposed in this paper. The proposed procedure is to derive the nonlinear finite element formula of cable and truss members considering geometric nonlinearity and used to modified load incremental method adding to Newton-Raphson method with the proposed condition for optimal initial stress. The result of the shape analysis for the tensegrity structure with the radius of 30m is shown the almost approximated shape to architectural shape and the changed procedure of initial stress
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.3
no.3
s.9
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pp.75-83
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2003
The purpose of this study is to obtain the optimum shape of cable domes by using the real coding genetic algorithm. Generally, the structural performance of the cable domes is influenced very sensitively by pre-stress, geometry and length of the mast because of flexible system. So, it is very important to decide the optimum shape to get maximum stiffness of cable domes. We use the analytical model to verify the usefulness of this algorithm for shape optimization and analyze the roof system of Seoul olympic gymnastic arena as analytical model of a practical structures. It is confirmed lastly that the optimum shape domes have more stiffness than initial shape ones.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1998.04a
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pp.93-100
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1998
The basic systems of spatial structures such as shells, membrane, cable-nets and tensegrity structure have been developed to create the large spaces without column. These structures may have large freedom in scale and form, and especially tensegrity structures are received much attention from the view points of their light weight and aesthetics. But There re some difficulties concerning structural stability, surface formation and construction method. One of the way to solve these problems reasonably is a combination of tensile members and rigid members. A structural system based on this concept is referred to as the "HTS ( Hybrid Tension Structure )". This is a type of flexible structural system which is unstable initially, because the cable material has little initial rigidity. As cable - dome hybrid structures is a type of HTS, the initial stress for the self- equilibrated system having stable state have to be introduced. To determine initial stress having stable state, the shape finding analysis is required before the stress - deformation analysis. In this paper, the primary objective is to derive the nonlinear finite element formula of cable and truss members considering geometric nonlinearity for shape finding of cable-dome, and to propose the method to decide the initial stress by the shape analysis of cable-dome hybrid structure with the self-equilibrated state.
Kim, Seungjun;Im, Seok-Been;Lee, Kee-Sei;Kang, Young-Jong
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.32
no.2A
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pp.85-95
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2012
This paper presents an investigation on the ultimate behavior of steel cable-stayed bridges using nonlinear finite element analysis method. Cable-stayed bridges exhibit various geometric nonlinearities as well as material nonlinearities, so rational nonlinear finite element analysis should be performed for investigation of the ultimate behavior. In this study, ultimate behavior of steel cable-stayed bridges was studied using rational ultimate analysis method. Nonlinear equivalent truss element and nonlinear frame element were used for modeling the cable, girder and mast. Moreover, refined plastic hinge method was adopted for considering the material nonlinearity of steel members. In this study, the 2-step analysis method was used. Before live load analysis, initial shape analysis was performed in order to consider the dead load condition. For investigation of the ultimate behavior of steel cable-stayed bridges, analysis models which span length is 920.0 m were used. Radiating type and fan type were considered as the cable-arrangement types. With various quantitative evidences such as load-displacement curves, deformed shapes, locations of the yield point or region, bending moment distribution and so on, the ultimate behavior of steel cable-stayed bridges was investigated and described in this paper.
An under-tension system is frequently employed for large-span structures to reduce the deflection and member size. In this study, a microgenetic algorithm was used to find the optimum cross-section of truss structures with an undertension cable under transverse loading. Maximum deflection, allowable stress, and buckling were considered constraints. The proposed approach was verified using a 10-bar truss sample that shows good agreement with the previous results. In the numerical results, minimum-weight design of the under-tension structure was performed for various magnitudes of pretension.
Kim, Cheol-Hwan;Chae, Won-Tak;Baek, Ki-Youl;Jung, Hwan-Mok
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.13
no.2
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pp.57-66
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2013
There are a number of construction methods to build spatial structures such as erection method, Element method, Block method, Sliding method, Lift-up method and Push-up method. These methods are uneconomical and low accuracy, and require long construction duration because of a need of a scaffold or a tower crane to build spatial roof frame. In this study, the construction method to erect a truss structure was proposed as an economical and easy installation method. The proposed method has end hinges of keel truss and winches with horizontal cable. This method makes safe and accurate production and reduces construction duration because trusses are built on the floor or supporter. The goal of this study is to verify the validity of construction method by building scale model using the proposed method.
This paper takes a half-through steel truss arch bridge as an example. A seismic analysis is conducted with nonlinear finite element method. Contrast models are established to discuss the effect of simplified method for main girder on the accuracy of the result. The influence of seismic wave direction and wave-passage on seismic behaviors are analysed as well as the superstructure and arch ring interaction which is mostly related with the supported bearings and wind resistant springs. In the end, the application of cable-sliding aseismic devices is discussed to put forward a layout principle. The main conclusions include: (1) The seismic response isn't too distinctive with the simplified method of main girder. Generally speaking, the grillage method is recommended. (2) Under seismic input from different directions, arch foot is usually the mostly dangerous section. (3) Vertical wave input and horizontal wave-passage greatly influence the seismic responses of arch ring, significantly increasing that of midspan. (4) The superstructure interaction has an obvious impact on the seismic performance. Half-through arch bridges with long spandrel columns fixed has a less response than those with short ones fixed. And a large stiffness of wind resistant spring makes the the seismic responses of arch ring larger. (5) A good isolation effectiveness for half-through arch bridge can be achieved by a reasonable arrangement of CSFABs.
This study tries to analyze the development of architectural technologies appeared in several tall buildings and large spatial structures from 1955 to 1999 in Korea. We suppose that these buildings represent the development of technology in Korean modern architecture. By the detailed analysis of these buildings, we can arrive at a conclusion as such; During the years 1955-1999, there existed a great changement in the eighties. We can find this fact very well in the domain of structural system and curtain wall system. In large spatial structures, the structural-system of shell and steel truss dome was replaced by that of space frame, space truss and cable truss with membrane. In tall building, the structural system of rigid frame and shear wall was replaced by tubular system, core and outrigger system. Korean architects introduced the aluminum curtain wall in the sixties, but its low technological level caused many problems in reality. Therefore, precast concrete curtain wall appeared from seventies as the main method for an outer wall in tall building. With the augmentation of height after 1980, PC curtain wall was replaced by the aluminum curtain wall of unit type and structural glass wall system. These systems help to stress the transparency in a tall building.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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