This paper presents a multimodal adaptive nonlinear static method of analysis that, differently from the nonlinear static methods suggested in seismic codes, does not require the definition of the equivalent Single-Degree-Of-Freedom (SDOF) system to evaluate the seismic response of structures. First, the proposed method is formulated for the assessment of r.c. plane frames and then it is extended to 3D framed structures. Furthermore, the proposed nonlinear static approach is re-elaborated as a displacement-based design method that does not require the use of the behaviour factor and takes into account explicitly the plastic deformation capacity of the structure. Numerical applications to r.c. plane frames and to a 3D framed structure with inplan irregularity are carried out to illustrate the attractive features as well as the limitations of the proposed method. Furthermore, the numerical applications evidence the uncertainty about the suitability of the displacement demand prediction obtained by the nonlinear static methods commonly adopted.
Kar, Vishesh R.;Mahapatra, Trupti R.;Panda, Subrata K.
Steel and Composite Structures
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제19권4호
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pp.1011-1033
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2015
In this article, large amplitude bending behaviour of laminated composite flat panel under combined effect of moisture, temperature and mechanical loading is investigated. The laminated composite panel model has been developed mathematically by introducing the geometrical nonlinearity in Green-Lagrange sense in the framework of higher-order shear deformation theory. The present study includes the degraded composite material properties at elevated temperature and moisture concentration. In order to achieve any general case, all the nonlinear higher order terms have been included in the present formulation and the material property variations are introduced through the micromechanical model. The nonlinear governing equation is obtained using the variational principle and discretised using finite element steps. The convergence behaviour of the present numerical model has been checked. The present proposed model has been validated by comparing the responses with those available published results. Some new numerical examples have been solved to show the effect of various parameters on the bending behaviour of laminated composite flat panel under hygro-thermo-mechanical loading.
Temperature-induced responses, such as strains and displacements, are related to the boundary conditions. Therefore, it is required to determine the boundary conditions to establish a reliable bridge model for temperature-induced responses analysis. Particularly, bridge bearings usually present nonlinear behavior with an increase in load, and the nonlinear boundary conditions cause significant effect on temperature-induced responses. In this paper, the bridge nonlinear boundary conditions were simulated as bilinear translational or rotational springs, and the boundary parameters of the bilinear springs were identified based on the measured temperature-induced responses. First of all, the temperature-induced responses of a simply support beam with nonlinear translational and rotational springs subjected to various temperature loads were analyzed. The simulated temperature-induced strains and displacements were assumed as measured data. To identify the nonlinear translational and rotational boundary parameters of the bridge, the objective function based on the temperature-induced responses is then created, and the nonlinear boundary parameters were further identified by using the nonlinear least squares optimization algorithm. Then, a beam structure with nonlinear translational and rotational springs was simulated as a numerical example, and the nonlinear boundary parameters were identified based on the proposed method. The numerical results show that the proposed method can effectively identify the parameters of the nonlinear boundary conditions. Finally, the boundary parameters of a real arch bridge were identified based on the measured strain data and the proposed method. Since the bearings of the real bridge do not perform nonlinear behavior, only the linear boundary parameters of the bridge model were identified. Based on the bridge model and the identified boundary conditions, the temperature-induced strains were recalculated to compare with the measured strain data. The recalculated temperature-induced strains are in a good agreement with the real measured data.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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제9권2호
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pp.133-143
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2015
This paper describes the test results and nonlinear analysis of reinforced concrete T-beams strengthened by bonded steel plates under increasing static loading conditions. The first part of this paper discusses the flexural tests on five T-beams, including the test model design (based on similarity principles), test programs, and test procedure. The second part discusses the nonlinear numerical analysis of the strengthened beams, in which a concrete damage plasticity model and a cohesive behavior were adopted. The numerical analysis results are compared with experimental data and show good agreement. The area of bonded steel plate and the anchor bolt spacing were found to have an impact on the cracking load, yield load, and ultimate load. An increase in the area of steel plate and a reduction of the anchor spacing could significantly improve the cracking and ultimate loads and decrease the damage of the beam.
The nonlinear numerical analysis of the impact response of reinforced concrete/mortar beam incorporated with the updated Lagrangian method, namely the Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) is carried out in this study. The analysis includes the simulation of the effects of high mass low velocity impact load falling on beam structures. Three material models to describe the localized failure of structural elements are: (1) linear pressure-sensitive yield criteria (Drucker-Prager type) in the pre-peak regime for the concrete/mortar meanwhile, the shear strain energy criterion (Von Mises) is applied for the steel reinforcement (2) nonlinear hardening law by means of modified linear Drucker-Prager envelope by employing the plane cap surface to simulate the irreversible plastic behavior of concrete/mortar (3) implementation of linear and nonlinear softening in tension and compression regions, respectively, to express the complex behavior of concrete material during short time loading condition. Validation upon existing experimental test results is conducted, from which the impact behavior of concrete beams are best described using the SPH model adopting an average velocity and erosion algorithm, where instability in terms of numerical fragmentation is reduced considerably.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제12권1호
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pp.297-313
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2020
An Arctic Spar is characterized by its conical shape near the waterline. In this case, the nonlinear effects from its irregular hull shape would be significant if there is either a large amplitude floater motion or steep wave conditions. Therefore, in this paper, the nonlinear effects of an Arctic Spar are numerically investigated by introducing a weakly nonlinear time-domain model that considers the time dependent hydrostatic restoring stiffness and Froude-Krylov forces. Through numerical simulations under multiple regular and irregular wave conditions, the nonlinear behavior of the Arctic Spar is clearly observed, but it is not shown in the linear analysis. In particular, it is found that the nonlinear Froude-Krylov force plays an important role when the wave frequency is close to the heave natural frequency. In addition, the nonlinear hydrostatic restoring stiffness causes the structure's unstable motion at a half of heave natural period.
The interaction between steel tube and concrete core is the key issue for understanding the behavior of concrete-filled steel tube columns (CFTs). This study investigates the force transfer by natural bond or by mechanical shear connectors and the interaction between the steel tube and the concrete core under three types of loading. Two and three-dimensional nonlinear finite element models are developed to study the force transfer between steel tube and concrete core. The nonlinear finite element program ABAQUS is used. Material and geometric nonlinearities of concrete and steel are considered in the analysis. The damage plasticity model provided by ABAQUS is used to simulate the concrete material behavior. Comparisons between the finite element analyses and own experimental results are made to verify the finite element models. A good agreement is observed between the numerical and experimental results. Parametric studies using the numerical models are performed to investigate the effects of diameterto-thickness ratio, uniaxial compressive strength of concrete, length of shear connectors, and the tensile strength of shear connectors.
Concrete is a heterogeneous material exhibiting quasi-brittle behaviour. While homogenization of concrete is commonly accepted in general engineering applications, a detailed description of the material heterogeneity using a mesoscale model becomes desirable and even necessary for problems where drastic spatial and time variation of the stress and strain is involved, for example in the analysis of local damages under impact, shock or blast load. A mesoscale model can also assist in an investigation into the underlying mechanisms affecting the bulk material behaviour under various stress conditions. Extending from existing mesoscale model studies, where use is often made of specialized codes with limited capability in the material description and numerical solutions, this paper presents a mesoscale computational model developed under a general-purpose finite element environment. The aim is to facilitate the utilization of sophisticated material descriptions (e.g., pressure and rate dependency) and advanced numerical solvers to suit a broad range of applications, including high impulsive dynamic analysis. The whole procedure encompasses a module for the generation of concrete mesoscale structure; a process for the generation of the FE mesh, considering two alternative schemes for the interface transition zone (ITZ); and the nonlinear analysis of the mesoscale FE model with an explicit time integration approach. The development of the model and various associated computational considerations are discussed in this paper (Part 1). Further numerical studies using the mesoscale model for both quasi-static and dynamic loadings will be presented in the companion paper (Part 2).
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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한국콘크리트학회 1999년도 학회창립 10주년 기념 1999년도 가을 학술발표회 논문집
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pp.729-732
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1999
In this paper, the Mohr-Coulomb criterion was adopted to predict the bonding failure load of the reinforced concrete beams strengthened by the externally bonded steel plates. Based on this criterion, a nonlinear analysis program of APSB(Analysis Program for Strengthened Beams) and nonlinear finite element analysis program of RCSD-SB (Reinforced Concrete Structural Design - Strengthened Beams) were developed. Numerical results were then compared with experimental results and good agreements were obtained.
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