In this paper, a novel methodology is proposed to obtain optimum location of outriggers. The method utilizes genetic algorithm (GA) for shape and size optimization of outrigger-braced tall structures. In spite of previous studies (simplified methods), current study is based on exact modeling of the structure in a computer program developed on Matlab in conjunction with OpenSees. In addition to that, exact wind loading distribution is calculated in accordance with ASCE 7-10. This is novel since in previous studies wind loading distributions were assumed to be uniform or triangular. Also, a new penalty coefficient is proposed which is suitable for optimization of tall buildings. Newly proposed penalty coefficient improves the performance of GA and results in a faster convergence. Optimum location and number of outriggers is investigated. Also, contribution of factors like central core and outrigger rigidity is assessed by analyzing several design examples. According to the results of analysis, exact wind load distribution and modeling of all structural elements, yields optimum designs which are in contrast of simplified methods results. For taller frames significant increase of wind pressure changes the optimum location of outriggers obtained by simplified methods. Ratio of optimum location to the height of the structure for minimizing weight and satisfying serviceability constraints is not a fixed value. Ratio highly depends on height of the structure, core and outriggers stiffness and lateral wind loading distribution.
The building frame and its foundation along with the soil on which it rests, together constitute a complete structural system. In the conventional analysis, a structure is analysed as an independent frame assuming unyielding supports and the interactive response of soil-foundation is disregarded. This kind of analysis does not provide realistic behaviour and sometimes may cause failure of the structure. Also, the conventional analysis considers infill wall as non-structural elements and ignores its interaction with the bounding frame. In fact, the infill wall provides lateral stiffness and thus plays vital role in resisting the seismic forces. Thus, it is essential to consider its effect especially in case of high rise buildings. In the present research work the building frame, infill wall, isolated column footings (open foundation) and soil mass are considered to act as a single integral compatible structural unit to predict the nonlinear interaction behaviour of the composite system under seismic forces. The coupled isoparametric finite-infinite elements have been used for modelling of the interaction system. The material of the frame, infill and column footings has been assumed to follow perfectly linear elastic relationship whereas the well known hyperbolic soil model is used to account for the nonlinearity of the soil mass.
The development of modern concrete technology makes it much easier to produce high-strength concrete (HSC) or ultra-high-strength concrete (UHSC) with high workability. However, the application of this concrete is limited in practical construction of traditional reinforced concrete (RC) structures due to low-ductility performance. To further push up the limit of the design concrete strength, concrete-filled-steel-tube (CFST) columns have been recommended considering its superior strength and ductility performance. However, the beneficial composite action cannot be fully developed at early elastic stage as steel dilates more than concrete and thereby reducing the elastic strength and stiffness of the CFST columns. To resolve this problem, external confinement in the form of steel rings is proposed in this study to restrict the lateral dilation of concrete and steel. In this paper, a total of 29 high-strength CFST (HSCFST) columns of various dimensions cast with concrete strength of 75 to 120 MPa concrete and installed with external steel rings were tested under uni-axial compression. From the results, it can be concluded that the proposed ring installation can further improve both strength and ductility of HSCFST columns by restricting the column dilation. Lastly, an analytical model calculating the uni-axial strength of ring-confined HSCFST columns is proposed and verified based on the Von-Mises and Mohr-Coulomb failure criteria for steel tube and in-filled concrete, respectively.
As a lateral load resisting component, buckling restrained steel plate shear walls (BRW) have excellent energy dissipating capacity. Similar to thin steel plate shear walls, the mechanical behavior of BRWs depends on the boundary elements (adjacent beams and columns) which need adequate strength and stiffness to ensure the complete yielding of BRWs and the emergence of expected plastic collapse mechanism of frame. This paper presents a theoretical approach to estimate the design forces for boundary elements of beam-connected BRW (i.e., The BRW is only connected to beams at its top and bottom, without connections to columns) using a fundamental plastic collapse mechanism of frame, a force transferring model of beam-connected BRW and linear beam and column analysis. Furthermore, the design method of boundary beams and columns is presented. The proposed approach does not involve nonlinear analyses, which can be easily and efficiently used to estimate the design forces of beams and columns in a frame with BRWs. The predicted design forces of boundary elements are compared with those from nonlinear finite element analyses, and a good agreement is achieved.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.5
no.6
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pp.11-19
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2001
A series of test on concrete-filled composite columns was preformed to evaluate structural performance under axial compression and cyclic lateral loading. It was presented that concrete-filled composite columns had high strength, high stiffness and large energy-absorption capacity on account of mutual confinement between the steel plate and filled-in concrete. A cross section analysis procedure developed to predict the moment-curvature relation of composite columns was proven to be on accurate and effective method. The ductility factor and the response modification factor were evaluated for the seismic design of concrete-filled composite columns. It was shown that concrete-filled composite columns could be used as a very efficient earthquake-resistant structural member.
In this study, geotextiles was applied on the selected track-bed, which is relatively economical and efficient way to prevent the problem of mud-pumping and settlement. Field testing sections from Mock-haeng to Dong-ryang in the Chung-La lines in Korea were selected to investigate the state of track and roadbed. And three places were chosen among 1,700 spots where mud-pumping was frequently occurred and maintenance required. At the curved section with radius of 500m between Mock-haeng and Dong-ryang, we divided this testing site into 5 section and 4 different types of geotextile were installed and left the last section with no reinforcement. Total length of the test site was 200m and individual length of each site was 40 m. In order to understand the state and the strength of prepared roadbed, stiffness and physical properties of the roadbed soil were evaluated and analyzed. Also, after the installation, mud-pumping, settlement of elastic or plastic sleeper, failure of track, wheel-loads, lateral force and earth pressures were investigated.
Connections as basic elements and an integrated part of a steel frame has an effect on the frame's performance. Conventional analysis and design techniques are based on either idealized fixed or pinned conditions. In fact, the use of rigid or pinned connection model in steel frame analysis serves the purpose of simplifying the analysis and design processes, but all connections used in current pratice possess stiffness and transfer moment which fall between the extreme cases of fully rigid and ideally pinned. To predict the behavior of the semi-rigid steel frames, it is necessary to predict the moment-rotation behavior of the beam-to-column connections. In this research, prediction equation for moment-rotation behavior of the beam-to-column connection is suggested and the effect of design parameters has investigated. Prediction model, in a nondimensional form shows the moment-rotation characteristic for connections. It is composed of the curve fitting power function using standardization constant K and 4 parameter $KM_o$, ${\theta}_0$, b, n based on the pretest result about moment-rotation behavior of connection.
An efficient, economical and practical strengthening method for hollow brick infill walls was proposed and investigated in the present study, experimentally and numerically. This method aims at increasing the overall lateral strength and stiffness of the structure by increasing the contribution of the infill walls and providing the non-bearing components of the structure with the capability of absorbing earthquake-induced energy to minimize structural damage during seismic excitations. A total of eleven full-scale infill walls strengthened with expanded mild steel plates were tested under diagonal monotonic loading to simulate the loading condition of the non-bearing walls during an earthquake. The contact surface between the plates and the wall was increased with the help of plaster. Thickness of the plates bonded to both faces of the wall and the spacing of the bolts were adopted as test parameters. The experiments indicated that the plates were able to carry a major portion of the tensile stresses induced by the diagonal loads and provided the walls walls with a considerable confining effect. The composite action attained by the plates and the wall until yielding of the bolts increased the load capacities, rigidities, ductilities and energy-absorption capacities of the walls, considerably.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.28
no.2
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pp.382-392
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2004
The usage of constant velocity (CV) joint is effective for motorboats on gliding regime of the motion. During transition on the gliding when angle of the CV differs from null on driving and driven composite shafts there are moments of the second order. Excitation of oscillations of the second order moments occurs when driving shafts transmits a variable torque. which generates through CV joint a lateral moment acting on the bearing. As a result of oscillations from a resonating harmonic of a shafting the harmonic with the greater or periodically varying amplitude for power condition trough transferring to nominal power 144kW. Beating conditions coincide with third mode having frequency 45.486 Hz. In that case there is high increasing of the equivalent stresses. The forming of the stiffness of the composite material is concerned to use most orientation of the layer angle in the range of $\pm$60 degrees relatively of shaft axis. Application of that angles for layer orientation gives possibility to avoid high disturbance of the shafting for motorboat transition regime.
Mirtaheri, Seyed Masoud;Nazeryan, Meissam;Bahrani, Mohammad Kazem;Nooralizadeh, Amin;Montazerian, Leila;Naserifard, Mohamadhosein
Steel and Composite Structures
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v.23
no.2
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pp.217-228
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2017
Braces are one of the retrofitting systems of structure under earthquake loading. Buckling restrained braces (BRBs) are one of the very efficient braces for lateral loads. One of the key needs for a desirable and acceptable behavior of buckling-restraining brace members under intensive loading is that it prevents total buckling until the bracing member tolerates enough plastic deformation and ductility. This paper presents the results of a set of analysis by finite element method on buckling restrained braces in which the filler materials within the restraining member have been removed. These braces contain core as the conventional BRBs, but they have a different buckling restrained system. The purpose of this analysis is conducting a parametric study on various empty spaces between core and restraining member, the effect of friction between core and restraining member and applying initial deformation to brace system to investigate the global buckling behavior of these braces. The results of analysis indicate that the flexural stiffness of restraining member, regardless of the amount of empty space, can influence the global buckling behavior of brace significantly.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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