Poursharifi, Maryam;Abedi, Karim;Chenaghlou, Mohammadreza;Fleischman, Robert B.
Structural Engineering and Mechanics
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v.74
no.1
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pp.69-82
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2020
A significant defect of space structures is the progressive collapse issue which may restrict their applicability. Force limiting devices (FLDs) have been designed to overcome this deficiency, though they don't operate efficiently in controlling the force displacement characteristics. To overcome this flaw, a new type of FLD is introduced in the present study. The "all steel accordion force limiting device" (AFLD) which consists of three main parts including cylindrical accordion solid core, tubular encasing and joint system is constructed and its behavior has been studied experimentally. To improve AFLD's behavior, Finite element analysis has been carried out by developing models in ABAQUS software. A comprehensive parametric study is done by considering the effective design parameters such as core material, accordion wave length and accordion inner diameter. From the results, it is found that AFLD can obtain a perfect control on the force-displacement characteristics as well as attaining the elastic-perfect plastic behavior. Obtaining higher levels of ultimate load carrying capacity, dissipated energy and ductility ratio can be encountered as the main privileges of this device. Ease of construction and erection are found to be further advantages of AFLD. Based on the obtained results, a procedure for predicting AFLD's behavior is offered.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.23
no.1
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pp.45-52
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2023
This study proposes an RCS composite damping device that can achieve seismic reinforcement of existing buildings by dissipating energy by inelastic deformation. A series of experiments assessing the performances of the rubber core pad, hysteretic steel slit damping device, and hybrid RCS damping device were conducted. The results showed that the ratios of the deviations to the mean values satisfied the domestic damping-device conformity condition for the load at maximum device displacement in each direction, at the maximum force and minimum force at zero displacement, as well as the hysteresis curve area. In addition, three analysis models based on load-displacement characteristics were proposed for application to seismic reinforcement design. In addition, the validity of the three proposed models was confirmed, as they simulated the experimental results well. Meanwhile, as the shear deformation of the rubber-core pad increased, the hysteretic behavior of super-elasticity greatly increased the horizontal force of the damping device. Therefore, limiting the allowable displacement during design is deemed to be necessary.
The steel braces are used to control the lateral drift of high rise buildings. The braces are designed as tensile members since the braces consisted of slender member can not resist compressive loads by elastic buckling. To resolve this problem, a lot of research were performed to develop the non-buckling member. The force limiting device (FLD.) is one of them. The purpose of this study is the development of FLD. to prevent a elastic buckling for a slender member. The folded plate type is proposed to induce the yielding before occurring elastic buckling. In this study, member test and FEM analysis for proposed type were performed. Further, It is verified that the structure with FLD member is stable by high energy absorption. The proposed folded plate type FLD could be effective to preserve the compressive member from the elastic buckling.
Kim, Cheol Hwan;Chae, Won Tak;Oh, Young Suk;Kim, Chae Yeong
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.25
no.3
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pp.279-287
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2013
The steel members are applied to high rise building since they have high strength compare to the concrete member. On the other hand, the elastic buckling is likely to occur in steel member because of their small section. When the elastic buckling occur, the steel structure lose a load carrying capacity. The steel frame would be unstable due to a rapid decline in strength by buckling. The purpose of this study is the development of FLD(Force Limiting Device) to prevent a elastic buckling for a slender member. Further, the behavior of steel structures with FLD would be stable by high energy absorption capacity. The proposed type of FLD is the type of out-of-plane resistance. In this study, member test and FEM analysis for proposed type were performed. The test parameters are thickness and gradient angle of out-of-plane plate. The proposed type may be effective method for FLD.
This paper describes the development of force limiting device(FLD). The FLD could induce compressive yield before occurring elastic buckling for slender member under compressive load. Therefore, it might prevent reduction of load carrying capacity by elastic buckling and the structures with the devices would behave stable. A new type of FLD reduced cross area is proposed in this study different to existing studies like as out of plane type, slit type and folded plate type. The parameters of specimens are depth, width and number of cutting. The structural capacity and characteristics of proposed types were verified by experiment and FEM analysis. The FLD of cutting type is efficient in compressive member.
According to the characteristics of continuous beam bridges, the relative displacement is too large to collision or even girder falling under earthquakes. A device named Cable-sliding Modular Expansion Joints(CMEJs) that can control the relative displacement and avoid collision under different ground motions is proposed. Working principle and mechanical model is described. This paper design the CMEJs, establish the restoring force model, verify the force model of this device by the pseudo-static tests, and describe and analyze results of the tests, and then based on a triple continuous beam bridge that has different heights of piers, a 3D model with or without CMEJs were established under Conventional System (CS) and Seismic Isolation System (SIS). The results show that this device can control the relative displacement and avoid collisions. The combination of isolation technology and CMEJs can be more effective to achieve both functions, but it need to take measures to prevent girder falling due to the displacement between pier and beam under large earthquakes.
Rodgers, Geoffrey W.;Chase, J. Geoffrey;Corman, Sylvain
Smart Structures and Systems
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v.19
no.5
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pp.487-497
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2017
Semi-active devices use the building's own motion to produce resistive forces and are thus strictly dissipative and require little power. Devices that independently control the binary open/closed valve state can enable novel device hysteresis loops that were not previously possible. However, some device hysteresis loops cannot be obtained without active analog valve control allowing slower, controlled release of stored energy, and is presents an ongoing limitation in obtaining the full range of possibilities offered by these devices. This in silico study develops a proportional-derivative feedback control law using a validated nonlinear device model to track an ideal diamond-shaped force-displacement response profile using active analog valve control. It is validated by comparison to the ideal shape for both sinusoidal and random seismic input motions. Structural application specific spectral analysis compares the performance for the non-linear, actively controlled case to those obtained with an ideal, linear model to validate that the potential performance will be retained when considering realistic nonlinear behaviour and the designed valve control approach. Results show tracking of the device force-displacement loop to within 3-5% of the desired ideal curve. Valve delay, rather than control law design, is the primary limiting factor, and analysis indicates a ratio of valve delay to structural period must be 1/10 or smaller to ensure adequate tracking, relating valve performance to structural period and overall device performance under control. Overall, the results show that active analog feedback control of energy release in these devices can significantly increase the range of resetable, valve-controlled semi-active device performance and hysteresis loops, in turn increasing their performance envelop and application space.
Self-loosening of bolts owing to external forces occurs in several machines that are clamped by bolts and nuts. This study focuses on the self-loosening of the aiming bolt of the head lamp in a vehicle. It is important to prevent the aiming bolt from self-loosening as it has a decisive effect on the angle of the head lamp. A nut clamped with a bolt, known as a retainer, is made of plastic and has a partial screw thread. In addition, a transverse load has a considerable impact on the self-loosening of a bolt. We concentrate on the self-loosening of a bolt by a transverse load. The aim of this study is to define the limits of the external force that loosen the bolt. Based on the above conditions, we derive a theoretical equation and develop a numerical analysis program that can calculate the limiting forces for self-loosening. To verify the developed program, we design a test device that can measure the self-loosening by applying sliding forces to the aiming bolt. Using this method, we can draw the following conclusions. First, the developed testing device is suitable to prove the theory for calculating the self-loosening force. Second, the equation confirms the relationship of bolt self-loosening between resistance torque and shear force. Finally, the equation obtains the minimum value of the resistance torque required to decrease the change in the angle of the head lamp, thereby improving the possibility of increasing the stability of the head lamp.
Oh, Young Suk;Kim, Cheol Hwan;Kim, Chae Yeong;Chae, Won Tak
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.25
no.5
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pp.475-486
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2013
This research is about design of slit type FLD which secure the buckling stability of compressive brace. 4 slit type and 8 slit type specimens were experimented by pure compressive loading. Comparing the experiment results with FEA results, the good correspondence is appeared each other. Also for deriving strength-displacement formular, an unit section of slit type FLD is transferred to idealized sandwich section. This formular explains satisfactorily experiment results, in given condition. The result of this research will be used as basic data in FLD design.
Lee Hui-Sung;Chen Wen Ming;Song Dong-Ryul;Kwon Soon-Young;Lee Kwon-Yong;Lee Sung-Jae
Journal of Biomedical Engineering Research
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v.27
no.5
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pp.210-217
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2006
Many types of interspinous distraction devices (IDDs) have been recently developed as an alternative surgical treatment to laminectomy and fusion with pedicle screws for the treatment of the lumbar spinal stenosis (LSS). They are intended to keep the lumbar spine in a slightly flexed posture to relieve pain caused by narrowing of the spinal canal and vertebral foramen. However, their biomechanical efficacies are not well known. In this study, we evaluated the kinematic behaviors and changes in intradiscal pressure (IDP) of the porcine lumbar spine implanted with IDD. For kinematics analysis, five porcine lumbar spines (L2-L6) were used and the IDD was inserted at L4-L5. Three markers (${\phi}{\le}0.8mm$) were attached on each vertebra to define a rigid body motion for stereophotogrammetric assessment of the spinal motion in 3-D. A moment of 7.5Nm in flexion-extension, lateral bending, and axial rotation were imparted with a compressive force of 700N. Then, IDD was implanted at L3-L4. IDPs were measured using pressure transducer under compression (700N) and additional extension moment (700N+7.5Nm). In kinematic behaviors, insertion of IDD resulted in statistically significant decrease 42.8% at the implanted level in extension. There were considerable changes in ROM at the adjacent levels, but statistically insignificant. In other motions, there were no significant changes in ROM as well regardless of levels. IDPs at the surgical level (L3-L4) under compression and extension moment decreased by 12.9% and 18.8% respectively after surgery (p<0.05). At the superiorly adjacent levels, IDPs increased by 19.4% and 12.9% under compression and extension, respectively (p<0.05). Corresponding changes at the inferiorly adjacent levels were 29.4% and 6.9%, but they were statistically insignificant (p>0.05). The magnitude of pressure changes due to IDD, both at the operated and adjacent levels, were far less than the previously reported values with conventional fusion techniques. Our experimental results demonstrated the IDDs can be very effective in limiting the extension motion that may cause narrowing of the spinal canal and vertebral foramens while maintaining kinematic behaviors and disc pressures at the adjacent levels.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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