KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.7
no.3
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pp.241-248
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1987
The theoretical backgrounds of the several methods were surveyed and reviewed to fin out the adequate one to determine equivalent modal damping values in solving the dynamic problem of soil-structure interaction by mode superposition method. Furthermore the rigorous damping matrix of equation of motion was obtained through component mode synthesis technique and used in direct integration of the equation. The analytical results by direct integration method were compared with those of mode superposition approach using the various sets of equivalent modal damping values calculated by the methods to be reviewed. Two types of superstructures and four kinds of subsurface conditions were considered and combined to make soil-structure coupled models. It was realized that dissipating energy method gives the equivalent modal damping values which lead the most similar results to direct integration ones. In case of fixed base, the responses of all methods except stiffness weighted approach are almost equal to those of direct integration method.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.27
no.4
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pp.231-238
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2014
In the buildings, the systems of structures are influenced by the gravity load changes due to room alteration or construction stage. This paper proposes a system identification method establishing mass as well as stiffness to parameters in model updating process considering mass change in the buildings. In this proposed method, modified genetic algorithm, which is optimization technique, is applied to search those parameters while minimizing the difference of dynamic characteristics between measurement and FE model. To search more global solution, the proposed modified genetic algorithm searches in the wider search space. It is verified that the proposed method identifies the system of structure appropriately through the analytical study on a steel beam structure in the building. The comparison for performance of modified genetic algorithm and existing simple genetic algorithm is carried out. Furthermore, the existing model updating method neglecting mass change is performed to compare with the proposed method.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.21
no.9
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pp.643-651
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2020
A capsule train runs inside a sub-vacuum tube and can reach very high speed due to the low air resistance. A capsule train uses a superconducting electrodynamic suspension (SC-EDS) method for levitation, which allows for a large levitation gap and does not require gap control. However, SC-EDS has inherent characteristics such as the large gap variation and a small damping effect in the levitation force, which can degrade the running stability and ride comfort. To overcome this, a stability improvement device should be designed and applied based on dynamic analysis. In this study, a 1/10 small-scale testbed was developed to replicate the dynamic characteristics of a capsule train and investigate the performance of stability improvement devices. The testbed is composed of a 6-degree-of-freedom Stewart platform for the realization of bogie motion, a secondary suspension with a running stabilization device, and a carbody. Based on the dynamic similarity law proposed by Jaschinski, the small-scale testbed was manufactured, and a bogie motion algorithm was applied with the consideration of guideway irregularity and levitation stiffness. The experimental results from the testbed were compared with simulation results to investigate the performance of the testbed.
Park, Jong-Kwon;Jang, Pan-Ki;Cha, Tae-Gweon;Kim, Chan-Woo;Jang, Il-Young
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.19
no.4
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pp.125-135
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2015
The tendency of more longer span length being required economical in railway bridges is studying about PSC I shaped girder. In this case, it is important to analyze and choose the effective girder section for stiffness of bridge. This study investigates the dynamic properties and safety of PSC I shaped girder being used wide upper flange whose selection based on radii and efficiency factor of flexure for railway bridge in different span type. In addition, 40m PSC Box girder bridge adopted in Honam high speed railway is further analyzed to compare dynamic performance of PSC I shaped girder railway bridge with same span length. Time history response is acquired based on the mode superposition method. Static analysis is also analyzed using standard train load combined with the impact factor. Consequently, the result met limit values in every case including vertical displacement, acceleration and distort.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.27
no.4
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pp.1-10
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2023
In the seismic design of structures, seismic forces are calculated based on structural models and analysis. In order to accurately address the dynamic characteristics of the actual structure in the structural model, calibration based on actual measurements is required. In this study, a 4-story frame test specimen was manufactured to simulate frame building, accelerometers were attached at each floor, and 1-axis shaking table test was performed. The natural period of the specimen was similar to that of the actual 4 story frame building, and the columns were designed to behave with double-curvature having the infinite stiffness of the horizontal members. To investigate the effects seismic waves characteristics, historical and artificial excitations with various frequencies and acceleration magnitudes were applied. The natural frequencies, damping ratios, and mode shapes were obtained using frequency response functions obtained from dynamic response signals, and the mode vector deviations according to the input seismic waves were verified using the Mode assurance criterion (MAC). In addition, the damping ratios obtained from the vibration tests were applied to the structural model, and the method with refined dynamic characteristics was validated by comparing the analysis results with the experimental data.
Purpose: This study aims to verify structural stability by manufacturing a 40m full-scale specimen composed of a segmental U-shaped PSC girder with integrated tensioning systems and a concrete slab, proceeding dynamic behavior tests, and compare the results of the tests with the results of numerical analysis. Method: Dynamic behavior tests were conducted on a full-scale, undamaged specimen using an impact hammer, and the natural frequency and damping ratio were measured and compared with numerical analysis techniques and the general damping ratio of the facilities. Result: The natural frequency of the numerical analysis model consisting of a girder and slab composite section was calculated to be 2.561Hz, the natural frequency of the full-scale specimen was measured to be 2.670Hz, and the damping ratio was calculated to be 0.42~0.68%. Conclusion: The natural frequency of the full-scale specimen was found to be 4.3% larger than that of the numerical analysis model. Since the masses of the full-scale specimen and the numerical analysis model are the same as 99.97%, it can be derived that the stiffness of the full-scale specimen has secured structural safety and stability. As a result, the dynamic behavior stability of the specimen was verified. The measured damping ratio of 0.42~0.68% was found to be a stable dynamic behavior compared to the PSC structures damping ratio of 0.5~1.0% in the elastic region.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.5
no.1
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pp.123-132
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1985
The flexibility of base material gives considerable influences on seismic responses of a structure. The effects of relative stiffness between super-structure and base material on dynamic soil-structure interaction are evaluated by parametric studies. Two 5-story buildings are used for the study; one is shearwall structure with relatively higher fundamental frequency and the other is frame structure with relatively lower fundamental frequency. The structures are modeled as beam-sticks coupled with springs and dashpots representing the base material. Dynamic equilibrium equations of the soil-structure interaction system are sloved by mode superposition method using Rosset modal damping values. Soil-structure interaction effect is found to be major concern in seismic analysis of shearwall structure in most cases while it seldom becomes engineering problem in frame-type structure. It is also found that seismic responses at lower elevation of the super-structure are amplified though they decrease at higher elevation as soil-structure interaction effects of the system increase.
Expressions for determining the value of the impact force as reported in the literature and incorporated into code provisions are essentially quasi-static forces for emulating deflection. Quasi-static forces are not to be confused with contact force which is generated in the vicinity of the point of contact between the impactor and target, and contact force is responsible for damage featuring perforation and denting. The distinction between the two types of forces in the context of impact actions is not widely understood and few guidelines have been developed for their estimation. The value of the contact force can be many times higher than that of the quasi-static force and lasts for a matter of a few milli-seconds whereas the deflection of the target can evolve over a much longer time span. The stiffer the impactor the shorter the period of time to deliver the impulsive action onto the target and consequently the higher the peak value of the contact force. This phenomenon is not taken into account by any contemporary codified method of modelling impact actions which are mostly based on the considerations of momentum and energy principles. Computer software such as LS-DYNA has the capability of predicting contact force but the dynamic stiffness parameters of the impactor material which is required for input into the program has not been documented for debris materials. The alternative, direct, approach for an accurate evaluation of the damage potential of an impact scenario is by physical experimentation. However, it can be difficult to extrapolate observations from laboratory testings to behaviour in real scenarios when the underlying principles have not been established. Contact force is also difficult to measure. Thus, the amount of useful information that can be retrieved from isolated impact experiments to guide design and to quantify risk is very limited. In this paper, practical methods for estimating the amount of contact force that can be generated by the impact of a fallen debris object are introduced along with the governing principles. An experimental-calibration procedure forming part of the assessment procedure has also been verified.
Kim, Sung-Il;Lee, Jungwhee;Lee, Pil-Goo;Kim, Choong-Eon
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.30
no.6A
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pp.535-542
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2010
Precise estimation of a structure's dynamic characteristics is indispensable for ensuring stable dynamic responses during lifetime especially for the structures which can experience resonance such as railway bridges. In this paper, the results of forced vibration tests of different excitation methods (vibration exciter and impact hammer) are compared to examine the differences and the cause of differences of extracted natural frequencies. Consequently a natural frequency modification method is suggested to eliminate effects of non-structural disturbance factors. Also, sequential forced vibration tests are performed before and after track construction according to the construction stage of a railway bridge, and the variation of natural frequencies are examined. Effect of added mass of vibration exciter and variation of support condition due to the level of excitation force are concluded as the major cause of natural frequency differences. Thus eliminating these effects can enhance the reliability of the extracted natural frequencies. Construction of track affects not only the mass of structure but also the stiffness of the structure. Also, the amount of increase in stiffness varies according to the level of structural deflection. Therefore, reasonable estimation of the level of structural response during operation is important for precise natural frequency calculation at design phase.
Ivan F. Huergo;Hugo Hernandez-Barrios;Roberto Gomez-Martinez
Wind and Structures
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v.38
no.1
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pp.15-42
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2024
A flexible-base coupled-two-beam (CTB) discrete model with equivalent tuned mass dampers is used to assess the effect of soil-structure interaction (SSI) and different types of lateral resisting systems on the design of passive dynamic absorbers (PDAs) under the action of along-wind and across-wind loads due to vortex shedding. A total of five different PDAs are considered in this study: (1) tuned mass damper (TMD), (2) circular tuned sloshing damper (C-TSD), (3) rectangular tuned sloshing damper (R-TSD), (4) two-way liquid damper (TWLD) and (5) pendulum tuned mass damper (PTMD). By modifying the non-dimensional lateral stiffness ratio, the CTB model can consider lateral deformations varying from those of a flexural cantilever beam to those of a shear cantilever beam. The Monte Carlo simulation method was used to generate along-wind and across-wind loads correlated along the height of a real shear wall-frame building, which has similar fundamental periods of vibration and different modes of lateral deformation in the xz and yz planes, respectively. Ambient vibration tests were conducted on the building to identify its real lateral behavior and thus choose the most suitable parameters for the CTB model. Both alongwind and across-wind responses of the 144-meter-tall building were computed considering four soil types (hard rock, dense soil, stiff soil and soft soil) and a single PDA on its top, that is, 96 time-history analyses were carried out to assess the effect of SSI and lateral resisting system on the PDAs design. Based on the parametric analyses, the response significantly increases as the soil flexibility increases for both type of lateral wind loads, particularly for flexural-type deformations. The results show a great effectiveness of PDAs in controlling across-wind peak displacements and both along-wind and across-wind RMS accelerations, on the contrary, PDAs were ineffective in controlling along-wind peak displacements on all soil types and different kind of lateral deformation. Generally speaking, the maximum possible value of the PDA mass efficiency index increases as the soil flexibility increases, on the contrary, it decreases as the non-dimensional lateral stiffness ratio of the building increases; therefore, there is a significant increase of the vibration control effectiveness of PDAs for lateral flexural-type deformations on soft soils.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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