This study is to get the proper evaluation of the residual property of reinforced concrete beam exposed to fire. This study focused on the strength resistance and analytical evaluation of RC members exposed high temperature. And this study is the basis analytical research to conduct the other studies. To analysis by the finite element method, the Total-RC program was used to analysis it and the Total-Temp program was also used to analysis the temperature distributions at the section. All of results were compared with the pre-existing experimental data of simple supported beam. Using it, the parameters influencing the structural capacity of the high temperature-damaged RC members and residual strength estimation are investigated. The temperature distribution and the structural capacity at the section are calculated in this step. An application of this method is compared with the heating test result and residual property test for simple supported beam which is subjected to ISO 834 test fire. The results of this study are as follows; 1) The loads-displacement relationship of RC beam, considering initial thermal stress of cross section and heat transfer analysis are estimated comparing analytical value with pre-existing experimental results. 2) by the heating time (0, 1, 2 hours), the results of analysis with parameters show that the load capacity exposing at fire is affected.
The purpose of this paper is to utilize the numerical assembly method (NAM) to determine the exact natural frequencies and mode shapes of a multi-step beam carrying multiple rigid bars, with each of the rigid bars possessing its own mass and rotary inertia, fixed to the beam at one point and supported by a translational spring and/or a rotational spring at another point. Where the fixed point of each rigid bar with the beam does not coincide with the center of gravity the rigid bar or the supporting point of the springs. The effects of the distance between the "fixed point" of each rigid bar and its center of gravity (i.e., eccentricity), and the distance between the "fixed point" and each linear spring (i.e., offset) are studied. For a beam carrying multiple various concentrated elements, the magnitude of each lumped mass and stiffness of each linear spring are the well-known key parameters affecting the free vibration characteristics of the (loaded) beam in the existing literature, however, the numerical results of this paper reveal that the eccentricity of each rigid bar and the offset of each linear spring are also the predominant parameters.
Masonry walls are sometimes removed in buildings to either make new passages or increase the usable space. This may change the loading paths in the structure, and require new beams to transfer the loads which are carried by the masonry walls that are to be removed. One possible method of creating such new beams is to attach steel plates onto part of the existing walls to form a steel plate-masonry composite (SPMC) beam, leading to a new structure with part of the masonry wall supported by a new SPMC beam. This paper presents an experimental investigation into the interaction between the SPMC beam and the masonry wall above. Five SPMC beams supporting a masonry wall were tested to study the influence of parameters including the height-to-span ratio of the masonry wall, height of the beam and thickness of the steel plates. The test results, including failure mode, load-carrying capacity, load-deflection curves and strain distribution, are presented and discussed. It is found that for developing better arching effect in the masonry wall the ratio of the in-plane flexural stiffness of the masonry wall to the flexural stiffness of the SPMC beam must be between 2.8 and 7.1.
Many vibration-based global damage detection methods attempt to extract modal parameters from vibration signals as the main structural features to detect damage. The local flexibility method is one promising method that requires only the first few fundamental modes to detect not only the location but also the extent of damage. Generally, the mode shapes in the lateral degree of freedom are extracted from lateral vibration signals and then used to detect damage for a beam structure. In this study, a new approach which employs the mode shapes in the rotary degree of freedom obtained from the macro-strain vibration signals to detect damage of a beam structure is proposed. In order to facilitate the application of mode shapes in the rotary degree of freedom for beam structures, the local flexibility method is modified and utilized. The proposed rotary approach is verified by numerical and experimental studies of simply supported beams. The results illustrate potential feasibility of the proposed new idea. Compared to the method that uses lateral measurements, the proposed rotary approach seems more robust to noise in the numerical cases considered. The sensor configuration could also be more flexible and customized for a beam structure. Primarily, the proposed approach seems more sensitive to damage when the damage is close to the supports of simply supported beams.
An iterative modal analysis approach is developed to determine the effect of transverse open cracks on the dynamic behavior of simply supported pipe conveying fluid subject to the moving mass. The equation of motion Is derived by using Lagrange’s equation. The influences of the velocity of moving mass and the velocity of fluid flow and a crack have been studied on the dynamic behavior of a simply supported pipe system by numerical method. The presence of crack results In higher deflections of pipe. The crack section is represented by a local flexibility matrix connecting two undamaged beam segments i.e. the crack is modelled as a rotational spring. Totally. as the velocity of fluid flow and the crack severity are increased, the mid-span deflection of simply supported pipe conveying fluid Is Increased. The time which produce the maximum dynamic deflection of the simply supported pipe Is delayed according to the increment of the crack severity.
In this paper, the optimal design of vibration control system for smart structures has been investigated semi-analytically via the optimization of geometric parameters like the placements and sizes of piezoelectric sensors and actuators (S/As) bonded on the structures. The criterion based on the maximization of energy dissipation was adopted for the optimization of the control system. Based on the sensing and actuating equations, the total energy stored in the system which is used as the objective function was analytically derived with design variables explicitly presented. Two cases of single and combined vibration modes were addressed for a simply supported beam and a simply supported cylindrical shell. For single vibration mode, the optimal distributions of the piezoelectric S/As could be obtained analytically. However, the Sequential Quadratic Programming (SQP) method has to be employed to solve those which violated the prescribed constraints and to solve the case of combined vibration modes. The results of three examples, which include a simply supported beam, a simply supported cylindrical shell and a simply supported plate, showed good agreement with those obtained by the Genetic Algorithm (GA) method. Moreover, in comparison with the GA method, the proposed method is more effective in obtaining better optimization results and is much more efficient in terms of computation time.
The bouncing of a cantilever with the free end pressed against a stop can create high-frequency vibration that the Bernoulli-Euler beam theory is inadequate to solve. An analytic procedure is presented using Timoshenko beam theory to obtain the non-linear response of a cantilever supported by an elastic stop with clearance at the free end. Through a numerical example, the bouncing behavior of the Timoshenko and Bernoulli-Euler beam models are compared and discussed.
The cable-supported ribbed beam composite slab structure (CBS) is a new type of pre-stressed hybrid structure. The standard construction method of CBS including five steps and two key phases are proposed in this paper. The theoretical analysis and experimental research on a 1:5 scaled model were carried out. First, the tensioning construction method based on deformation control was applied to pre-stress the cables. The research results indicate that the actual tensile force applied to the cable is slightly larger than the theoretical value, and the error is about 6.8%. Subsequently, three support dismantling schemes are discussed. Scheme one indicates that each span of CBS has certain level of mechanical independence such that the construction of a span is not significantly affected by the adjacent spans. It is shown that dismantling from the middle to the ends is an optimal support dismantling method. The experimental research also indicates that by using this method, the CBS behaves identically with the numerical analysis results during the construction and service.
Based on the energy-variational principle, a coupling vibration analysis model of high-speed railway simply supported beam bridge-track structure system (HSRBTS) was established by considering the effect of shear deformation. The vibration differential equation and natural boundary conditions of HSRBTS were derived by considering the interlayer slip effect. Then, an analytic calculation method for the natural vibration frequency of this system was obtained. By taking two simply supported beam bridges of high-speed railway of 24 m and 32 m in span as examples, ANSYS and MIDAS finite-element numerical calculation methods were compared with the analytic method established in this paper. The calculation results show that two of them agree well with each other, validating the analytic method reported in this paper. The analytic method established in this study was used to evaluate the natural vibration characteristics of HSRBTS under different interlayer stiffness and length of rails at different subgrade sections. The results show that the vertical interlayer compressive stiffness had a great influence on the high-order natural vibration frequency of HSRBTS, and the effect of longitudinal interlayer slip stiffness on the natural vibration frequency of HSRBTS could be ignored. Under different vertical interlayer stiffness conditions, the subgrade section of HSRBTS has a critical rail length, and the critical length of rail at subgrade section decreases with the increase in vertical interlayer compressive stiffness.
We investigated complex damped modes in beams in the presence of a viscoelastic layer sandwiched between two elastic layers. The problem was solved using two approaches, (1) Rayleigh beam theory and analyzed using the Ritz method, and (2) by using 2D plane stress elasticity based finite-element method. The damping in the layers was modeled using the complex modulus. Simply-supported, cantilever, and viscously supported boundary conditions were considered in this study. Simple trigonometric functions were used as admissible functions in the Ritz method. The key idea behind sandwich structure is to increase damping in a beam as affected by the presence of a highly-damped core layer vibrating mainly in shear. Different assumptions are utilized in the literature, to model shear deformation in the core layer. In this manuscript, we used FEM without any kinematic assumptions for the transverse shear in both the core and elastic layers. Moreover, numerical examples were studied, where the base and constraining layers were also damped. The loss factor was calculated by modal strain energy method, and by solving a complex eigenvalue problem. The efficiency of the modal strain energy method was tested for different loss factors in the core layer. Complex mode shapes of the beam were also examined in the study, and a comparison was made between viscoelastically and viscously damped structures. The numerical results were compared with those available in the literature, and the results were found to be satisfactory.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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