In the present work, a linear static analysis is presented for thin-walled prismatic box-beams made of generally anisotropic materials. A mixed beam theory has been used to model and carry out the analysis. Several different constitutive assumptions for the shell-wall of the beam section are assessed into the beam formulation. Simple layup cases of box-beams representing bending-torsion or extension-torsion coupled configuration have been considered and tested to clearly show the effects of elastic couplings of the beam. A detailed finite element structural analysis using the MSC/NASTRAN has been carried out to validate the current analytical results. Numerical results show that appropriate assumptions for the constitutive relations are important and crucial for the accurate prediction of beam stiffness constants and also thor the beam behavior.
A piping system is a structure composed of pipes with various thickness, diameter and length. Accurate analysis of a piping system requires a complicated three dimensional finite element model and a computer system with large memory size, while a simplified model may result in system response prediction with deteriorated accuracy. An efficient analysis model for piping systems is proposed in the present study. The proposed model is developed by introducing pipe joint elements which accounts for the behavior of a pipe joint. Pipes are represented by beam elements and the effect of local deformation of pipe joints is replaced by joint element deformations. The proposed model which is as simple and efficient as a beam model can be used to obtain piping system response with accuracy close to that of a finite element model.
In this paper a robust 2-noded connection element has been developed for modelling the bolted end-plate connection between steel beam and column at elevated temperatures. The numerical procedure described is based on the model proposed by Huang (2011), incorporating additional developments to more precisely determinate the tension, compression and bending moment capacities of end-plate connection in fire. The proper failure criteria are proposed to calculate the tension capacity for each individual bolt row. In this new model the connection failure due to bending, axial tension, compression and shear are considered. The influence of the axial force of the connected beam on the connection is also taken into account. This new model has the advantages of both the simple and component-based models. In order to validate the model a total of 22 tests are used. It is evident that this new connection model has ability to accurately predict the behaviour of the end-plate connection at elevated temperatures, and can be used to represent the end-plate connections in supporting performance-based fire resistance design of steel-framed composite buildings.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2002.10a
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pp.412-419
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2002
This paper presents a parametric study on the behavior of integral abutment PSC beam bridge. An integral abutment bridge is a simple span or multiple span continuous deck type bridge having the deck integral with the abutment wall. The rational structural model and design load combinations accounting for each construction stage are proposed. It can be used for defining the effect of earth pressure and temperature change in the design process including for determining maximum flexural responses. The bending moment at each response location due to the design load combination is investigated according to the change of flexural rigidity of piles and abutment height. The flexural responses of proposed model are computed for the cases of applying the Rankine passive earth pressure and the earth pressure based on the soil-structure interaction respectively, and the results are discussed.
This paper introduces a numerical procedure to incorporate elasto-plastic local deformation effects in the dynamic analysis of beams. The appealing feature is that simple beam type finite elements can be used for the global model which needs not to be altered by the localized elasto-plastic deformations. An overlapping local sophisticated 2D membrane model replaces the internal forces of the beam elements in the predefined region where the localized deformations take place. An iterative coupling technique is used to perform this replacement. Comparisons with full membrane analysis are provided in order to illustrate the accuracy and efficiency of the method developed herein. In this study, the membrane formulation is able to capture the elasto-plastic material behaviour based on the von Misses yield criterion and the associated flow rule for plane stress. The Newmark time integration method is adopted for the step-by-step dynamic analysis.
Active vibration control is presented with simulation and experiment. Dynamic Data System(DDS) method is used for system modeling and this model is combined with an forecasting control technique to derive a control equation. In the experiment, on-line digital computer monitors structural vibration and calculates control input. The control input is sent to an electromagnetic actuator which cancels the structural vibration. Experiment is performed first with a simple beam setup to demonstrate the effetiveness of this method. This method is then applied to a color laser printer to actively modify the structure. The beam experiment showed vibration reduction of over 60% with one-and two-DOF models. In the printer structure experiment, the first mode of 308 Hz was successfully controlled with a one-DOF model.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2002.03a
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pp.317-326
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2002
Recently a simple design method for rib-reinforced seismic steel moment connections has been proposed based on equivalent strut model. An experimental program was implemented to verify the proposed design method and to develop the schemes that will prevent the cracking at the rib tip, where stress concentration was evident. All the specimens designed by the proposed method were able to develop satisfactory connection plastic rotation of 0.04 radian. Slight beam flange trimming, in addition to rib reinforcement, pushed the plastic hinging and local buckling of the beam away from the rip tip and effectively reduced the cracking potential at the rib tip. The strut action of the rib and resulting reverse shear in the beam web were also experimentally identified through the strain gage readings.
Idle shake vibration characteristics of a vehicle are mainly influenced not only by the stiffnesses of the beam type structures such as pillars and rockers, but also by the stiffnesses of the joint structures, at which several beam structures are jointed together. In the early design stage of the car body structure a simple FE model has been used, in which joints are modeled as linear springs to represent the stiffnesses of the joint structures. In this paper a new modeling technique for the joint structure is presented using an equivalent beam, instead of using a spring. The modeling technique proposed is utilized to design optimal joint structures that meet the required vibration performance of the total vehicle structure.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1999.10a
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pp.387-394
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1999
Artificial Neural Network (ANN) is a computational model inspired by the structure and operations of the brain. It is massively parallel system consisting of a large number of highly interconnected and simple processing units. The purpose of this paper is to verify the applicability of ANN to predict experimental results through the use of measured experimental data. Although there have been accumulated data based on hysteretic characteristics of structural element with cyclic loading tests, it is difficult to directly apply them for the analysis of elastic and plastic response. Thus, simple models with mathematical formula such as Bi-Linear Model, Ramberg-Osgood Model, Degrading Tri Model, Takeda Model, Slip type Model, and etc, have been used. To verify the practicality and capability of this study, ANN is adapted to several models with mathematical formula using numerical data To show the efficiency of ANN in nonlinear analysis, it is important to determine the adequate input and output variables of hysteretic models and to minimize an error in ANN process. The application example is Beam-Column joint test using the ANN in modeling of the linear and nonlinear hysteretic behavior of structure.
Fiber-reinforced concrete (FRC) is a composite material where small fibers made from steel or polypropylene or similar material are embedded into concrete matrix. In a material model each constituent should be adequately described, especially the interface between the matrix and fibers that is determined with the 'bond-slip' law. 'Bond-slip' law describes relation between the force in a fiber and its displacement. Bond-slip relation is usually obtained from tension laboratory experiments where a fiber is pulled out from a matrix (concrete) block. However, theoretically bond-slip relation could be determined from bending experiments since in bending the fibers in FRC get pulled-out from the concrete matrix. We have performed specially designed laboratory experiments of three-point beam bending with an intention of using experimental data for determination of material parameters. In addition, we have formulated simple layered model for description of the behavior of beams in the three-point bending test. It is not possible to use this 'forward' beam model for extraction of material parameters so an inverse model has been devised. This model is a basis for formulation of an inverse model that could be used for parameter extraction from laboratory tests. The key assumption in the developed inverse solution procedure is that some values in the formulation are known and comprised in the experimental data. The procedure includes measured data and its derivative, the formulation is nonlinear and solution is obtained from an iterative procedure. The proposed method is numerically validated in the example at the end of the paper and it is demonstrated that material parameters could be successfully recovered from measured data.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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