Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.30
no.2
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pp.141-154
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1993
In this paper, a method to calculate the ultimate compressive strength of welded one-sided stiffened plates simply supported along all edges is proposed. At first initial imperfections such as distortions and residual stresses due to welding are predicted by using simplified methods. Then, the collapse modes of the stiffened plate are assumed and collapse loads for each mode are calculated. Among these loads, the lowest value is selected as the ultimate strength of the plate. Collapse modes are assumed as follows ; (1) Overall buckling of the stiffened plate$\rightarrow$Overall collapse due to stiffener bending (2) Local buckling of the plate part$\rightarrow$Local collapse of the plate part$\rightarrow$Overall collapse due to stiffener yielding (3) Local buckling of the plate part$\rightarrow$Overall collapse due to stiffener berthing (4) Local buckling of the plate part$\rightarrow$Local collapse of the plate part$\rightarrow$Overall collapse due to stiffener tripping. The elastic large deflection analysis based on the Rayleigh-Ritz method is carried out, and plastic analysis assuming hinge lines is also carried out. Collapse load is defined as the cross point of the two analysis curves. This method enables the utimate strength to be calculated with small computing time and a good accuracy. Using the present method, characteristics of the stiffener including torsional rigidity, bending and tripping can also be clarified.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.34
no.6
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pp.1707-1721
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2014
Half-depth panels were developed with the merits of CIP (Cast In Place) decks and precast decks for constructability and fast construction. In this paper, details of half-depth panels with pre-tensioning were suggested. For evaluation of structural performance, five half-depth panel specimens were fabricated and static tests were conducted. The cross-sections of these specimens were composed of pre-tensioned half-depth panels and pre-tensioned two-span half-depth panels. Test parameters were the amount of the prestressing force and the longitudinal reinforcements. Static tests on simply-supported slabs showed that ultimate strength was 1.55 times greater than calculated nominal strength. The flexural strength was only 10 % increased and the influence on crack width control was negligible when the member of tendons was increased twice. For two-span continuous specimens, the ultimate strength increased 1.2 times and 1.38 times respectively as the reinforcement was additionally provided. The verified half-depth panels by this research can be effectively utilized for the fast replacement or construction of bridges.
The objective of this paper is to look into the possibility of the detailed and practical optimum design of rt:inforced concrete beam using methods oi discrete mathematical programming.
In this discrete optimum formulation, the design variables are the overall depth, width and effective depth of members, and area of longitudinal reinforcement. In addition, the details such as the amount of web reinforcement and cutoff points of longitudinal reinforcement are also considered as variables. Total cost has been used as the objective function. The constraints include the code requirments such as flexural strength, shear strength, ductility, serviceability, concrete cover. spacing, web reinforcement, and development length and cutoff points of longitudinal renforcement.
An optimization algorithm is presented for effective optimum design of R.C. beam with discrete de sign variables. First, the continuous variable optimization can be achieved by Feasible Direction Method. Using the results obtained from the continuous variable optimization, a branch and bound method is used to obtained the discrete design values.
The proposed algorithm is applied to test problem for reliability, and the results are compared with those of graphical method and rounded-up method. And a simply supported R.C. beam and a two-span continuous R.C. beam are presented as numerical examples for effectiveness and applicability.
It is considered that the presented algorithm can be effectively applied to the discrete optimum design of R.C. beams.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.29
no.6
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pp.529-538
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2016
The simplified plate theory is presented for static and free vibration analysis of power-law(P) and sigmoid(S) Functionally Graded Materials(FGM) plates. This theory considers the parabolic distribution of the transverse shear stress, and satisfies the condition that requires the transverse shear stress to be zero on the upper and lower surfaces of the plate, without the shear correction factor. The simplified plate theory uses only four unknown variables and shares strong similarities with classical plate theory(CPT) in many aspects such as stress-resultant expressions, equation of motion and boundary conditions. The material properties of the plate are assumed to vary according to the power-law and sigmoid distributions of the volume fractions of the constituents. The Hamilton's principle is used to derive the equations of motion and Winkler-Pasternak elastic foundation model is employed. The results of static and dynamic responses for a simply supported FGM plate are calculated and a comparative analysis is carried out. The results of the comparative analysis with the solutions of references show relevant and accurate results for static and free vibration problems of FGM plates. Analytical solutions for the static and free vibration problems are presented so as to reveal the effects of the power law index, elastic foundation parameter, and side-to-thickness ratio.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.11
no.5
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pp.23-32
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2007
The goal of this study is to perform several bending tests on a shape memory alloy bar and to analyze the characteristics of the bending behavior. The other goal is to verify the seismic performance of an SMA bar bending application. Single and double bending tests were conducted with varying loading speeds and maximum displacement. The loading and the unloading stiffness were estimated from the force-displacement curves and the equivalent damping ratio of each test was also assessed. In single bending, the SMA bar showed the stiffness hardening after the displacement of 32 mm. It is assumed that this phenomenon is due to the stress-induced-martensite hardening. The increasing loading speed did not influence on the stiffness of the single bending SMA bar. The stiffness of the double bending bar is about 5 times of that of the single bending. This study introduced a seismic application of SMA bending bars as seismic restrainers for bridges and showed its practicality. SMA bars in bending are used for seismic restrainers in a three-span-simply-supported bridge. They showed the effectiveness to reduce the responses of the bridge and the applicability for a seismic restrainer. The significance of this study is to provide basic knowledge of SMA bending and its seismic applications.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.20
no.4
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pp.451-460
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2014
In this paper, we examined the problem of the structural stability according to the patch load of a rectangular plate that reflects the material properties of A6082-T6 is used primarily for marine plant structure. it applied to the four patch loading shapes, the effect of aspect ratio, a boundary condition and calculated the critical elastic buckling load. Calculating the critical elastic buckling load, During the eigenvalue buckling analysis it is applied to the shell181 as 4 node shell element. when the plate subjected to patch loading compare to the plate under a uniform axial compression load, it is possible observed to occur the different elastic buckling behaviour and it could be confirmed that it is affected significantly on a variable position and type of loadings, such as the effect of the aspect ratio. Also, Critical elastic buckling load according to th patch loading type in simply supported rectangular plate a/b=1.0, ${\gamma}b$=200mm are calculated 67%(Loading type I), 119 %(Loading type II), 76 %(Loading type III), 160 %(Loading type IV), respectively. Loading type I and III could be determined with the strong elastic buckling behavior much more than Loading type II and IV.
This paper presents the theoretical developments of an exact finite strip for the buckling and initial post-buckling analyses of isotropic flat plates. The so-called exact finite strip is assumed to be simply supported out-of-plane at the loaded ends. The strip is developed based on the concept that it is effectively a plate. The present method, which is designated by the name Full-analytical Finite Strip Method in this paper, provides an efficient and extremely accurate buckling solution. In the development process, the Von-Karman's equilibrium equation is solved exactly to obtain the buckling loads and the corresponding form of out-of-plane buckling deflection modes. The investigation of thin flat plate buckling behavior is then extended to an initial post-buckling study with the assumption that the deflected form immediately after the buckling is the same as that obtained for the buckling. It is noted that in the present method, only one of the calculated out-of-plane buckling deflection modes, corresponding to the lowest buckling load, i.e., the first mode is used for the initial post-buckling study. Thus, the postbuckling study is effectively a single-term analysis, which is attempted by utilizing the so-called semi-energy method. In this method, the Von-Karman's compatibility equation governing the behavior of isotropic flat plates is used together with a consideration of the total strain energy of the plate. Through the solution of the compatibility equation, the in-plane displacement functions which are themselves related to the Airy stress function are developed in terms of the unknown coefficient in the assumed out-of-plane deflection function. These in-plane and out-of-plane deflected functions are then substituted in the total strain energy expressions and the theorem of minimum total potential energy is applied to solve for the unknown coefficient. The developed method is subsequently applied to analyze the initial postbuckling behavior of some representative thin flat plates for which the results are also obtained through the application of a semi-analytical finite strip method. Through the comparison of the results and the appropriate discussion, the knowledge of the level of capability of the developed method is significantly promoted.
Prakash, Amar;Anandavalli, N.;Madheswaran, C.K.;Lakshmanan, N.
Steel and Composite Structures
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v.13
no.3
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pp.239-258
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2012
In this paper, experimental investigations on high strength steel (HSS) stud connected steel-concrete composite (SCC) girders to understand the effect of shear connector density on their flexural behaviour is presented. SCC girder specimens were designed for three different shear capacities (100%, 85%, and 70%), by varying the number of stud connectors in the shear span. Three SCC girder specimens were tested under monotonic/quasi-static loading, while three similar girder specimens were subjected to non-reversal cyclic loading under simply supported end conditions. Details of casting the specimens, experimental set-up, and method of testing, instrumentation for the measurement of deflection, interface-slip and strain are discussed. It is found that SCC girder specimen designed for full shear capacity exhibits interface slip for loads beyond 25% of the ultimate load capacity. Specimens with lesser degree of shear connection show lower values of load at initiation of slip. Very good ductility is exhibited by all the HSS stud connected SCC girder specimens. It is observed that the ultimate moment of resistance as well as ductility gets reduced for HSS stud connected SCC girder with reduction in stud shear connector density. Efficiency factor indicating the effectiveness of high strength stud connectors in resisting interface forces is estimated to be 0.8 from the analysis. Failure mode is primarily flexure with fracturing of stud connectors and characterised by flexural cracking and crushing of concrete at top in the pure bending region. Local buckling in the top flange of steel beam was also observed at the loads near to failure, which is influenced by spacing of studs and top flange thickness of rolled steel section. One of the recommendations is that the ultimate load capacity can be limited to 1.5 times the plastic moment capacity of the section such that the post peak load reduction is kept within limits. Load-deflection behaviour for monotonic tests compared well with the envelope of load-deflection curves for cyclic tests. It is concluded from the experimental investigations that use of HSS studs will reduce their numbers for given loading, which is advantageous in case of long spans. Buckling of top flange of rolled section is observed at failure stage. Provision of lips in the top flange is suggested to avoid this buckling. This is possible in case of longer spans, where normally built-up sections are used.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.28
no.5
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pp.553-561
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2015
The exponential and power law functionally graded material(FGM) theory is reformulated considering the refined shear and normal deformation theory. This theory has ability to capture the both normal deformation effect and exponential and power law function in terms of the volume fraction of the constituents for material properties through the plate thickness. Navier's method has been used to solve the governing equations for all edges simply supported plates on Pasternak elastic foundation. Numerical solutions of vibration analysis of FGM plates are presented using this theory to illustrate the effects of power law index and 3-D theory of exponential and power law function on natural frequency. The relations between 3-D and 2-D higher-order shear deformation theory are discussed by numerical results. Further, effects of (i) power law index, (ii) side-to-thickness ratio, and (iii) elastic foundation parameter on nondimensional natural frequency are studied. To validate the present solutions, the reference solutions are discussed.
Park, Joo-Shin;Choi, Joung-Hwan;Hong, Kwan-Young;Lee, Gyoung-Woo
Journal of Navigation and Port Research
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v.33
no.1
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pp.27-33
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2009
Estimation of the buckling and ultimate strength of a continuous stiffened plate subjected to combined transverse compression and lateral pressure is of high importance to ensure the safety of ship structures, particularly for the bottom plating under a deep draft condition For example, bottom plating of bulk carriers is subjected to transverse thrust caused by the bending of double bottom structure and the direct action of pressure on the side shells. Most of experimental tests, theoretical approach and numerical researches have been performed on the buckling and ultimate strength behaviour of plates or stiffened plates under combined compression and lateral pressure. With regard to stiffened panels, however, most of studies have been concerned with the load conditions of combined longitudinal thrust and lateral pressure, while fewer studies have been performed for the combined transverse thrust and lateral pressure. In addition, the previous researches are mainly concerned with an isolated rectangular plate simply supported along the all edges, whereas actual ship plating is continuous across the transverse frames and heavy girders. In the present paper, a series of elastoplastic large deflection FEA on a continuous stiffened plate is performed and then clarify the characteristic of collapse mode and explain the effect of transverse compression.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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