Variational methods, which cast deformation as an energy-minimization problem, are known to provide a good trade-off between practicality and speed. However, the time required to deform a fully detailed shape means that these methods are largely unsuitable for real-time applications. We simplify a 2D shape into a curve skeleton, which can be deformed much more rapidly than the original shape. The curve skeleton also provides a simplified control for the user, utilizing a small number of control handles. Our system deforms the curve skeleton using an energy-minimization method and then applies the resulting deformation to the original shape using linear blend skinning. This approach effectively reduces the size of the variational optimization problem while producing deformations of a similar quality to those obtained from full-scale nonlinear variational methods.
The quasi static test of the steel reinforced concrete (SRC) bridge piers and rigid frame arch bridge structure with SRC piers was conducted in the laboratory, and the seismic performance of SRC piers was compared with that of reinforced concrete (RC) bridge piers. In the test, the failure process, the failure mechanism, hysteretic curves, skeleton curves, ductility coefficient, stiffness degradation curves and the energy dissipation curves were analyzed. According to the $M-{\Phi}$ relationship of fiber section, the three-wire type theoretical skeleton curve of the lateral force and the pier top displacement was proposed, and the theoretical skeleton curves are well consistent with the experimental curves. Based on the theoretical model, the effects of the concrete strength, axial compression ratio, slenderness ratio, reinforcement ratio, and the stiffness ratio of arch to pier on the skeleton curve were analyzed.
The modeling efficiency of concrete meso-models close to real concrete is one of the important issues that limit the accuracy of mechanical simulation. In order to improve the modeling efficiency and the closeness of the numerical aggregate shape to the real aggregate, this paper proposes a method for generating a two-dimensional concrete meso-model based on pixel matrix and skeleton theory. First, initial concrete model (a container for placing aggregate) is generated using pixel matrix. Then, the skeleton curve of the residual space that is the model after excluding the existing aggregate is obtained using a thinning algorithm. Finally, the final model is obtained by placing the aggregate according to the curve branching points. Compared with the traditional Monte Carlo placement method, the proposed method greatly reduces the number of overlaps between aggregates by up to 95%, and the placement efficiency does not significantly decrease with increasing aggregate content. The model developed is close to the actual concrete experiments in terms of aggregate gradation, aspect ratio, asymmetry, concavity and convexity, and old-new mortar ratio, cracking form, and stress-strain curve. In addition, the cracking loss process of concrete under uniaxial compression was explained at the mesoscale.
In this paper, a simplified evaluation method of the skeleton curve for reinforced concrete (RC) frame with unreinforced masonry (URM) infill is proposed in a practical form, based on the previous studies. The backbone curve for RC boundary frame was modeled by a tri-linear envelope with cracking and yielding points. On the other hand, that of URM infill was modeled by representative characteristic points of cracking, maximum, and residual strength; also, the interaction effect between RC boundary frame and the infill was taken into account. The overall force-displacement envelopes by the sum of RC boundary frame and URM infill, where the backbone curves of the infill from other studies were also considered, were then compared with the previous experimental results. The simplified estimation results from this study were found to almost approximate the overall experimental results with conservative evaluations, and they showed much better agreement than the cases employing the infill envelopes from other studies.
Experimental investigations on the seismic behaviors of the PVC-FRP Confined Reinforced Concrete (PFCRC) columns under low cyclic loading are carried out and two variable parameters including CFRP strips spacing and axial compression ratio are considered. The PFCRC column finally fails by bending and is characterized by the crushing of concrete and yielding of the longitudinal reinforcement, and the column with a high axial compression ratio is also accompanied by the cracking of the PVC tube and the fracture of CFRP strips. The hysteretic curves and skeleton curves of the columns are obtained from the experimental data. With the increase of axial compression ratio, the stiffness degradation rate accelerates and the ductility decreases. With the decrease of CFRP strips spacing, the unloading sections of the skeleton curves become steep and the ductility reduces significantly. On the basis of fiber model method, a numerical analysis approach for predicting the skeleton curves of the PFCRC columns is developed. Additionally, a simplified skeleton curve including the elastic stage, strengthening stage and unloading stage is suggested depending on the geometric drawing method. Moreover, the loading and unloading rules of the PFCRC columns are revealed by analyzing the features of the skeleton curves. The quantitative expressions that are used to predict the unloading stiffness of the specimens in each stage are proposed. Eventually, an analytical model for the PFCRC columns under low cyclic loading is established and it agrees well with test data.
To study the seismic behavior of recycled aggregate concrete filled circular steel tube (RACFCST) frames, the seismic behavior experiment of RACFCST frame was carried out to measure the hysteresis curve, skeleton curve and other seismic behavior indexes. Moreover, based on the experimental study, a feasible numerical analysis model was established to analyze the finite element parameters of 8 RACFCST frame specimens, and the influence of different variation parameters on the seismic behavior index for RACFCST frame was revealed. The results showed that the skeleton curve of specimens under different axial compression ratios were divided into three stages: elastic stage, elastic-plastic stage and descending stage, and the descending stage was relatively stable, indicating that the specimen had stronger deformation capacity in the descending stage. With the increase of axial compression ratio, the peak bearing capacity of all specimens reduced gradually, and the reduction was less than 5%. With the decrease of beam-column linear stiffness ratio, the peak bearing capacity decreased gradually. With the decrease of yield bending moment ratio of beam-column, the peak bearing capacity decreased gradually, and the decreasing rate of peak bearing capacity gradually accelerated. In addition, compared with the axial compression ratio, the beam-column linear stiffness ratio and the yield bending moment ratio of beam-column had a more significant influence on the peak bearing capacity of RACFCST frame.
The purpose of this study is to investigate elasto-plastic behaviour and estimate ultimate resistance capacity of the residential-commercial building subjected to lateral force along the height of structure. Four types of residential-commercial building are chosen as analytical models and investigated by pushover analysis. Pushover analysis estimates initial elastic stiffness, post-yielding stiffness, and plastic hinges on each story of structures through three-dimensional nonlinear analysis program CANNY-99. Skeleton curve of bending stiffness model is bilinear, shear stiffness model is trilinear, and axial stiffness model is elastic. Skeleton curve of axial stiffness model has the axial compression and tension stiffness of reinforced concrete members. This study presents the change of inter story drift, story stiffness and hinge of story and member.
In this paper, a hysteretic model of rectangular hollow section (RHS) columns that includes the deteriorating range caused by local buckling is proposed. The proposed model consists of the skeleton curve, the Bauschinger part that appears before reaching the maximum strength, the strength increasing part of the deteriorating range, and the unloading part. Of these, the skeleton curve, including the deterioration range caused by local buckling, which is considered to be equivalent to the load-deformation relationship under monotonic loading, is obtained through an analytical method. Bi-linear hysteretic models based on experimental results are applied to the Bauschinger part and the strength increasing part. The elastic stiffness is applied to the unloading part. The proposed model is verified by comparing with experimental results of RHS columns under monotonic and cyclic loading.
To investigate the seismic behavior of steel slag self-stressing concrete-filled circular steel tubular (SSSCFCST) columns, 14 specimens were designed, namely, 10 SSSCFCST columns and four ordinary steel slag (SS) concrete (SSC)-filled circular steel tubular (SSCFCST) columns. Comparative tests were conducted under low reversed cyclic loading considering various parameters, such as the axial compression ratio, diameter-thickness ratio, shear-span ratio, and expansion ratio of SSC. The failure process of the specimens was observed, and hysteretic and skeleton curves were obtained. Next, the influence of these parameters on the hysteretic behavior of the SSSCFCST columns was analyzed. The self stress of SS considerably increased the bearing capacity and ductility of the specimens. Results indicated that specimens with a shear-span ratio of 1.83 exhibited compression bending failure, whereas those with shear-span ratios of 0.91 or 1.37 exhibited drum-shaped cracking failure. However, shear-bond failure occurred in the nonloading direction. The stiffness of the falling section of the specimens decreased with increasing shear-span ratio. The hysteretic curves exhibited a weak pinch phenomenon, and their shapes evolved from a full shuttle shape to a bow shape during loading. The skeleton curves of the specimens were nearly complete, progressing through elastic, elastoplastic, and plastic stages. Based on the experimental study and considering the effects of the SSC expansion rate, shear-span ratio, diameter-thickness ratio, and axial compression ratio on the seismic behavior, a peak displacement coefficient of 0.91 was introduced through regression analysis. A simplified method for calculating load-displacement skeleton curves was proposed and loading and unloading rules for SSSCFCST columns were provided. The load-displacement restorative force model of the specimens was established. These findings can serve as a guide for further research and practical application of SSSCFCST columns.
Though extensive research has been carried out for the ultimate strength of steel reinforced concrete (SRC) members under static and cyclic load, there was only limited information on the applied analysis models. Modeling of the inelastic response of SRC members can be accomplished by using a microcosmic model. However, generally used microcosmic model, which usually contains a group of parameters, is too complicated to apply in the nonlinear structural computation for large whole buildings. The intent of this paper is to develop an effective modeling approach for the reliable prediction of the inelastic response of SRC columns. Firstly, five SRC columns were tested under cyclic static load and constant axial force. Based on the experimental results, normalized trilinear skeleton curves were then put forward. Theoretical equation of normalizing point (ultimate strength point) was built up according to the load-bearing mechanism of RC columns and verified by the 5 specimens in this test and 14 SRC columns from parallel tests. Since no obvious strength deterioration and pinch effect were observed from the load-displacement curve, hysteresis rule considering only stiffness degradation was proposed through regression analysis. Compared with the experimental results, the applied analysis model is so reasonable to capture the overall cyclic response of SRC columns that it can be easily used in both static and dynamic analysis of the whole SRC structural systems.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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