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.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.14
no.4
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pp.435-444
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2001
Even todays, accurate and efficient algorithms for the large deformation analysis of elastoplastic frame structures lack due to the complexities of kinematics, material nonlinearities and numerical methods to cater for. The author suggests appropriate beam element based upon the incremental formulation from the 3D rod theory where Cauchy stress and engineering strain are variables to incorporate plasticity equations so that objectivity may be satisfied. A rectum mapping methods which can integrate and satisfy yield criteria efficiently is suggested and a continuation method which has global convergency and quadratic speed is developed as well. leading-unloading example problems are tested and the ideas are proved to be valuable.
Salem, Adel Helmy;Sayed-Ahmed, Ezzeldin Yazeed;El-Serwi, Ahmed Abdelsalam;Korashy, Mohamed Mostafa
Steel and Composite Structures
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v.4
no.5
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pp.367-384
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2004
A numerical model based on the finite element technique is adopted to investigate the behavior and strength of thin-walled I-section beam-columns. The model considers both the material and geometric nonlinearities. The model results were first verified against some of the currently available experimental results. A parametric study was then performed using the numerical model and interaction diagrams for the investigated beam-columns have been presented. The effects of the web depth-to-thickness ratio, flange outstand-to-thickness ratio and bending moment-to-normal force ratio on the ultimate strength of thin-walled I-section beam-columns were scrutinized. The interaction equations adopted for beam columns design by the NAS (North American Specifications for the design of cold formed steel structural members) have been critically reviewed. An equation for the buckling coefficient which considers the interaction between local buckling of the flange and the web of a thin-walled I-section beam-column has been proposed.
Kankeri, Pradeep;Prakash, S. Suriya;Pachalla, Sameer Kumar Sarma
Structural Engineering and Mechanics
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v.65
no.5
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pp.535-546
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2018
The objective of this study is to understand the behaviour of hollow core slabs strengthened with FRP and hybrid techniques through numerical and analytical studies. Different strengthening techniques considered in this study are (i) External Bonding (EB) of Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) laminates, (ii) Near Surface Mounting (NSM) of CFRP laminates, (iii) Bonded Overlay (BO) using concrete layer, and (iv) hybrid strengthening which is a combination of bonded overlay and NSM or EB. In the numerical studies, three-dimensional Finite Element (FE) models of hollow core slabs were developed considering material and geometrical nonlinearities, and a phased nonlinear analysis was carried out. The analytical calculations were carried out using Response-2000 program which is based on Modified Compression Field Theory (MCFT). Both the numerical and analytical models predicted the behaviour in agreement with experimental results. Parametric studies indicated that increase in the bonded overlay thickness increases the peak load capacity without reducing the displacement ductility. The increase in FRP strengthening ratio increased the capacity but reduced the displacement ductility. The hybrid strengthening technique was found to increase the capacity of the hollow core slabs by more than 100% without compromise in ductility when compared to their individual strengthening schemes.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.4
no.4
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pp.147-154
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1984
A numerical procedure based on the finite element method for the analysis of reinforced concrete beam-columns under uniaxial bending is presented. Material nonlinearities such as the cracking and crushing of concrete and the yielding of reinforcing steel as well as the geometric nonlinearity which is an important factor affecting the behavior of beam-columns are considered in the analysis. This method traces the behavior of reinforced concrete beam-columns up to failure by solving incremental equilibrium equations, Numerical examples are presented to demonstrate the validity and usefulness of the present method.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.3
no.4
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pp.149-155
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1983
A numerical procedure based on the finite element method for the nonlinear analysis of planar reinforced concrete frames is presented. Material nonlinearities such as cracking of concrete and yielding of steel are incorporated. This method is capable of providing accurate numerical solutions for the response of planar reinforced concrete frames failing primarily, in flexure throughout elastic, inelastic and ultimate load ranges. A numerical example is presented to demonstrate the validity and applicability of the present method. The results are compared with experimental results and the analytical results obtained by other investigator.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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v.15
no.6
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pp.297-304
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2014
Due to the nonlinearity and complexity of the three-phase photovoltaic inverter, we propose an intelligent control based on fuzzy logic and the classical proportional-integral-derivative. The feedback linearization method is applied to cancel the nonlinearities, and transform the dynamic system into a simple and linear subsystem. The system is transformed from abc frame to dq0 synchronous frame, to simplify the state feedback linearization law, and make the close-loop dynamics in the equivalent linear model. The controls improve the dynamic response, efficiency and stability of the three-phase photovoltaic grid system, under variable temperature, solar intensity, and load. The intelligent control of the nonlinear characteristic of the photovoltaic automatically varies the coefficients $K_p$, $K_i$, and $K_d$ under variable temperature and irradiation, and eliminates the oscillation. The simulation results show the advantages of the proposed intelligent control in terms of the correctness, stability, and maintenance of its response, which from many aspects is better than that of the PID controller.
Sulong, N.H. Ramli;Elghazouli, A.Y.;Izzuddin, B.A.;Ajit, N.
Steel and Composite Structures
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v.10
no.1
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pp.23-43
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2010
In this paper, a nonlinear model is developed using the component method in order to represent the response of steel connections under various loading conditions and temperature variations. The model is capable of depicting the behaviour of a number of typical connection types including endplate forms (extended and flush) and angle configurations (double web, top and seat, and combined top-seat-web) in both steel and composite framed structures. The implementation is undertaken within the finite element program ADAPTIC, which accounts for material and geometric nonlinearities. Verification of the proposed connection model is carried out by comparing analytical simulations with available results of isolated joint tests for the ambient case, and isolated joint as well as sub-frame tests for elevated temperature conditions. The findings illustrate the reliability and efficiency of the proposed model in capturing the stiffness and strength properties of connections, hence highlighting the adequacy of the component approach in simulating the overall joint behaviour at elevated temperature.
This paper reports on the development of a minimum cost design model and its application for obtaining economic designs for reinforced High Strength Concrete (HSC) T-sections in bending under ultimate limit state conditions. Cost objective functions, behavior constraint including material nonlinearities of steel and HSC, conditions on strain compatibility in steel and concrete and geometric design variable constraints are derived and implemented within the Conjugate Gradient optimization algorithm. Particular attention is paid to problem formulation, solution behavior and economic considerations. A typical example problem is considered to illustrate the applicability of the minimum cost design model and solution methodology. Results are confronted to design solutions derived from conventional design office methods to evaluate the performance of the cost model and its sensitivity to a wide range of unit cost ratios of construction materials and various classes of HSC described in Eurocode2. It is shown, among others that optimal solutions achieved using the present approach can lead to substantial savings in the amount of construction materials to be used. In addition, the proposed approach is practically simple, reliable and computationally effective compared to standard design procedures used in current engineering practice.
The eight-node 3D solid element is one of the most extensively used elements in computational mechanics. This is due to its simple shape and easy of discretization. However, due to the parasitic shear locking, it should not be used to simulate the behaviour of structural members in bending dominant conditions. Previous researches have indicated that the introduction of incompatible mode into the displacement field of the solid element could significantly reduce the shear locking phenomenon. In this study, an incompatible mode eight-node solid element, which considers both geometric and material nonlinearities, is developed for modelling of structural members at elevated temperatures. An algorithm is developed to extend the state determination procedure at ambient temperature to elevated temperatures overcoming initially converged stress locking when the external load is kept constant. Numerical studies show that this incompatible element is superior in terms of convergence, mesh insensitivity and reducing shear locking. It is also showed that the solid element model developed in this paper can be used to model structural behaviour at both ambient and elevated temperatures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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