Vector algorithms and the relative importance of the four basic modules (computation of element stiffness matrices, assembly of the global stiffness matrix, solution of the system of linear simultaneous equations, and calculation of stresses and strains) of a finite element computer program for inelastic analysis of reinforced concrete shells are presented. Performance of the vector program is compared with a scalar program. For a cooling tower problem, the speedup factor from the scalar to the vector program is 34 for the element stiffness matrices calculation, 25.3 for the assembly of global stiffness matrix, 27.5 for the equation solver, and 37.8 for stresses, strains and nodal forces computations on a Gray Y-MP. The overall speedup factor is 30.9. When the equation solver alone is vectorized, which is computationally the most intensive part of a finite element program, a speedup factor of only 1.9 is achieved. When the rest of the program is also vectorized, a large additional speedup factor of 15.9 is attained. Therefore, it is very important that all the modules in a nonlinear program are vectorized to gain the full potential of the supercomputers. The vector finite element computer program for inelastic analysis of RC shells with layered elements developed in the present study enabled us to perform mesh convergence studies. The vector program can be used for studying the ultimate behavior of RC shells and used as a design tool.
본 연구에서는 비탄성 부재들의 좌굴 강도를 결정하기 위한 계산적으로 효율적인 비탄성 좌굴해석 프로그램이 개발되었다. 본 프로그램은 휨 좌굴, 휨-비틂 좌굴 혹은 국부좌굴에 의해 붕괴되는 탄성과 비탄성 부재들의 좌굴 강도 및 형상을 결정할 수 있다. 일축 대칭이나 2축 대칭인 I 형 부재를 해석할 수 있다. 복부판은 판 요소를 이용하여 모델되고, 플랜지는 보 요소로 모델되었다. 재료의 비탄성 응력-변형률 관계를 모사하기 위하여 다선형 등방경화 법칙과 증분이론이 사용되었다. 프로그램은 이론치와 실험값들을 이용하여 입증되었다. 프로그램의 결과는 이론치 및 실험값들과 잘 일치였다.
This paper presents a design technique of steel structures subjected to static and dynamic loadings using practical nonlinear inelastic analysis software. The beam-column approach using the stability functions and the plastic hinge concept enables the software to suitably predict second-order effects and inelastic behavior of beam-columns. For dynamic analysis. the incremental from of the equation of motion is solved by the use of a step-by-step numerical integration procedure in which the assumption of constant acceleration over a small time step is employed. The accuracy of the analysis program is validated using the results of ABAQUS program and experimental tests. A user-friendly graphic interface of the software is developed to facilitate the modeling process and result interpretation of the problem. A design example of large span bridge is presented to detail the direct design process using the practical advanced analysis software.
A new slab design using secant stiffness, Direct Inelastic Slab Design, was developed. Since basically the proposed design method uses linear analysis, it is convenient and stable in numerical analysis. At the same time, the proposed design method can accurately estimate the inelastic strength and ductility demands of slab because it can analyzes the inelastic behavior of structure using iterative calculations for secant stiffness. In the present study, the procedure of the proposed design method was established, and a computer program incorporating the proposed method was developed. Design examples using the proposed method were presented, and compared with traditional nonlinear analysis, and experiments. The Direct Inelastic Slab Design, as an integrated analysis/design method, can directly address the design strategy intended by the engineer, such as moment strength and ductility limit. As a result, economical and safe design can be achieved.
Service conditions for structures at elevated temperatures in nuclear power plant involve transient thermal and mechanical load levels that are severe enough to caeuse inelastic deformations due to creep and plasticity. Therefore, a systematic mehtod of inelastic analysis is needed for the design of structural components in nuclear poser plants subjected to such loading conditions. In the present investigation, the Chabodhe model, one of the unified viscoplastic constitutive equations, was selected for systematic inelastic analysis. The material response was integrated based on GMR ( generallized mid-point rule) time integral scheme and provided to ABAQUS as a material subroutine, UMAT program. By comparing results obtaned from uniaxial analysis using the developed UMAT program with those from Runge-Kutta solutions and experimentaiton, the validity of the adopted Chaboche model and the numerical stability and accuracy of the developed UMAT program were verified. In addition, the developed material subroutine was applied for uniaxial creep and tension analyses for the plate with a hole in the center. The application further demonstrates usefulness of the developed program.
An advanced numerical method is proposed in this paper for the second-order inelastic dynamic analysis of cable-stayed bridges using rectangular concrete-filled steel tubular (CFST) columns under earthquake loadings for the first time. The proposed method can exactly predict the nonlinear response of the bridges by using only one element per member in simulating the structural model. This comes from considering both the geometric and material nonlinearities in a fiber beam-column element and a catenary cable element. In the fiber beam-column element, the geometric nonlinearities are captured by applying the stability functions, whereas the material nonlinearities are evaluated by tracing the uniaxial cyclic stress-strain curves of each fiber on the cross-sections, which are located at the integration points along the member length. A computer program was developed based on Newmark's average acceleration algorithm to solve the nonlinear equations of motion. The accuracy and computational efficiency of the proposed program were verified by comparing the predicted results with the experimental results, and the results obtained from the commercial software SAP2000 and ABAQUS. The proposed program is promising as a useful tool for practical designs for the nonlinear inelastic dynamic analysis of cable-stayed bridges.
In this study, strength reduction factors and inelastic displacement ratios are investigated for SDOF systems with period range of 0.1-3.0 s considering soil structure interaction for earthquake motions recorded on soft soil. The effect of stiffness degradation on strength reduction factors and inelastic displacement ratios is investigated. The modified-Clough model is used to represent structures that exhibit significant stiffness degradation when subjected to reverse cyclic loading and the elastoplastic model is used to represent non-degrading structures. The effect of negative strain - hardening on the inelastic displacement and strength of structures is also investigated. Soil structure interacting systems are modeled and analyzed with effective period, effective damping and effective ductility values differing from fixed-base case. For inelastic time history analyses, Newmark method for step by step time integration was adapted in an in-house computer program. New equations are proposed for strength reduction factor and inelastic displacement ratio of interacting system as a function of structural period($\tilde{T}$, T) ductility (${\mu}$) and period lengthening ratio ($\tilde{T}$/T).
In this study, inelastic displacement ratios and ductility demands are investigated for SDOF systems with period range of 0.1-3.0 s. with elastoplastic behavior considering soil structure interaction. Earthquake motions recorded on different site conditions such as rock, stiff soil, soft soil and very soft soil are used in analyses. Soil structure interacting systems are modeled with effective period, effective damping and effective ductility values differing from fixed-base case. For inelastic time history analyses, Newmark method for step by step time integration was adapted in an in-house computer program. Results are compared with those calculated for fixed-base case. A new equation is proposed for inelastic displacement ratio of interacting system ($\tilde{C}_R$) as a function of structural period of interacting system ($\tilde{T}$), strength reduction factor (R) and period lengthening ratio ($\tilde{T}/T$). The proposed equation for $\tilde{C}_R$ which takes the soil-structure interaction into account should be useful in estimating the inelastic deformation of existing structures with known lateral strength.
In this study, 5-story structures were designed in accordance with KBC2009 for inelastic time history analysis of RC IMRF. Bending moment-curvature relationship for beam and column was identified with fiber model and bending moment-rotation relationship for beam-column joint was calculated with simple and unified joint shear behavior model and moment equilibrium relationship for the joint. The hysteretic behavior was simulated with three-parameter model suggested in IDARC program. The analytical results showed that the inelastic shear behavior of the joint could be neglected in the structural design for seismic design category C but the structure of category D did not satisfy the criteria of FEMA 356 for collapse prevention performance level.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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