Distressed structures require necessary remedial measures in order to restore their original structural properties like strength and stiffness. Validating the effectiveness of the proposed qualitative remedial measure experimentally is of utmost importance as there is no well-established analytical method to verify the effectiveness of the same quantitatively. Prototype testing which would have been the best option for this purpose would not only prove costly but also be associated with numerous practical difficulties; hence model testing is resorted as the only option for the purpose. This paper presents one such typical experimental study on the structural behavior of a distressed bridge, mainly observed in the form of prominent tilt in the bearing plate in transverse and longitudinal direction on downstream side. The main focus of the proposed experimental investigation is to assess the structural behavior particularly the load carrying capacity. The extent of deformation of some models with specific structural arrangements and some models with specific need based remedial measures were also studied. This study also assessed the contribution of each remedial measure towards restoration individually and collectively.
Conceptual configuration and seismic performance of high-rise steel frame-brace structure are studied. First, the topology optimization problem of minimum volume based on truss-like material model under earthquake action is presented, which is solved by full-stress method. Further, conceptual configurations of 20-storey and 40-storey steel frame-brace structure are formed. Next, the 40-storeystructure model is developed in Opensees. Two common configurations are utilized for comparison. Last, seismic performance of 40-storey structure is derived using nonlinear static analysis and nonlinear dynamic analysis. Results indicate that structural lateral stiffness and maximum roof displacement can be improved using brace. Meanwhile seismic damage can also be decreased. Moreover, frame-brace structure using topology optimization is most favorable to enhance lateral stiffness and mitigate seismic damage. Thus, topology optimization is an available way to form initial conceptual configuration in high-rise steel frame-brace structure.
JK wall is a shear wall made of lightweight EPS mortar and reinforced with a 3-D galvanized steel mesh, called JK panel, and truss-like stiffeners, called JK stiffeners. Earlier studies have shown that low strength lightweight concrete has the potential to be used in structural elements. In this study, seismic contribution of the JK infill walls surrounded by steel frames is numerically investigated. Adopting a hybrid numerical model, behavior envelop of the wall is derived from the general purpose finite element software, Abaqus. Obtained backbone would be implemented in the professional analytical software, SAP2000, in which through calibrated hysteretic parameters, cyclic behavior of the JK infill can be simulated. Through comparison with earlier experimental results, it turned out that the proposed hybrid modeling can simulate monotonic and cyclic behavior of JK walls with good accuracy. JK infills have a panel-type configuration which their dominant failure mode would be ductile in flexure. Finally technical and economical advantages of the proposed JK infills are assessed for two representative multistory buildings. It is revealed that JK infills can reduce maximum inter-story drifts as well as residual drifts at the expense of minor increase in the developed base shear.
Recently, an indirect displacement estimation method using data fusion of acceleration and strain (i.e., acceleration-strain-based method) has been developed. Though the method showed good performance on beam-like structures, it has inherent limitation in applying to more general types of bridges that may have complex shapes, because it uses assumed analytical (sinusoidal) mode shapes to map the measured strain into displacement. This paper proposes an improved displacement estimation method that can be applied to more general types of bridges by building the mapping using the finite element model of the structure rather than using the assumed sinusoidal mode shapes. The performance of the proposed method is evaluated by numerical simulations on a deck arch bridge model and a three-span truss bridge model whose mode shapes are difficult to express as analytical functions. The displacements are estimated by acceleration-based method, strain-based method, acceleration-strain-based method, and the improved method. Then the results are compared with the exact displacement. An experimental validation is also carried out on a prestressed concrete girder bridge. The proposed method is found to provide the best estimate for dynamic displacements in the comparison, showing good agreement with the measurements as well.
Pontecorvo, Michael E.;Barbarino, Silvestro;Gandhi, Farhan S.;Bland, Scott;Snyder, Robert;Kudva, Jay;White, Edward V.
Advances in aircraft and spacecraft science
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제2권3호
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pp.345-365
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2015
This paper focuses on the design, fabrication, testing and analysis of a novel load-bearing element with energy dissipation capability. A single element comprises two von-Mises trusses (VMTs), which are sandwiched between two plates and connected to dashpots that stroke as the VMTs cycle between stable equilibrium states. The elements can be assembled in-plane to form a large plate-like structure or stacked with different properties in each layer for improved load-adaptability. Also introduced in the elements are pre-loaded springs (PLSs) that provide high initial stiffness and allow the element to carry a static load even when the VMTs cannot under harmonic disturbance input. Simulations of the system behavior using the Simscape environment show good overall correlation with test data. Good energy dissipation capability is observed over a frequency range from 0.1 Hz to 2 Hz. The test and simulation results show that a two layer prototype, having one soft VMT layer and one stiff VMT layer, can provide good energy dissipation over a decade of variation in harmonic load amplitude, while retaining the ability to carry static load due to the PLSs. The paper discusses how system design parameter changes affect the static load capability and the hysteresis behavior.
Salk Institute for Biological studies is widely considered as architectural masterpiece of Louis Kahn's. Its iconic plaza with symmetrical concrete structures, overlooking the Pacific ocean in La Jolla, has been acclaimed as a facade to the sky. Little has been written on Kahn's achievements in the building system integration in order to bridge the gap between technology and design. This paper explores the technical issues, the design intents, and the major building systems to identify the Kahn's integration methods between building systems. The project is analysed into four major systems; structure, mechanical, envelope, and interior system. The integration methods of building systems are investigated in physical, visual, and functional aspects. The most distinguished cases of building system integration are the introduction of the interstitial floors between the laboratories and the creation of the smooth and warm materiality of exposed concrete walls. Kahn proposed open floor plans for the laboratories which are capable of easily adapting to changing needs. He also introduced the interstitial floors which are framed of the vierendeel truss systems and deliberately overlapped the structure systems with the mechanical systems such as ducts, water pipes, and electric conduits. The exposed concrete walls mixed with pozzolan ashes look very much like granite or limestone as the result of the physical and visual integration between structure, envelope, and interior systems.
공장설비구조물, 트러스, 해양구조물 등에 사용되는 원형강관 분기이음이 많이 사용되고 있다. 강관구조물은 폐단면으로 되어 있기 때문에 개단면인 H, L-형강에 비하여 역학적으로 유리하다. 격점부에서 주요한 문제는 압축을 받는 지관이 압축력에 의하여 부재가 좌굴하기 이전에 강관 분기이음부에서 국부좌굴에 의한 구조체 전체가 불안정하게 된다. 일반적으로 상기와 같은 격점부의 응력분포 및 변형성상이 복잡하여 해석적으로 정밀 해를 구하기가 어렵기 때문에 실험에 기초한 단순한 해석법을 통하여 접합부의 항복내력에 관한 실용식을 제안할 필요가 있다. 본 연구에서는 X형 강관 격점부에 관하여 주관의 직경비(d/D) 및 주관경과 두께비(D/T)을 주 변수로 하여 내력 및 변형성상에 관하여 실험을 진행하고 단순한 해석법인 링해석법을 통하여 항복하중에 관한 예측식을 제안하였다.
In structural mechanics, traditional analyses methods usually employ matrix operations for obtaining displacement and internal forces of the structure under the external effects, such as distributed loads, earthquake or wind excitations, and temperature changing inter alia. These matrices are derived from the well-known principle of mechanics called minimum potential energy. According to this principle, a system can be in the equilibrium state only in case when the total potential energy of system is minimum. A close examination of the expression of the well-known equilibrium condition for linear problems, $P=K{\Delta}$, where P is the load vector, K is the stiffness matrix and ${\Delta}$ is the displacement vector, it is seen that, basically this principle searches the displacement set (or deformed shape) for a system that minimizes the total potential energy of it. Instead of using mathematical operations used in the conventional methods, with a different formulation, meta-heuristic algorithms can also be used for solving this minimization problem by defining total potential energy as objective function and displacements as design variables. Based on this idea the technique called Total Potential Optimization using Meta-heuristic Algorithms (TPO/MA) is proposed. The method has been successfully applied for linear and non-linear analyses of trusses and truss-like structures, and the results have shown that the approach is much more successful than conventional methods, especially for analyses of non-linear systems. In this study, the application of TPO/MA, with Harmony Search as the selected meta-heuristic algorithm, to cables net system is presented. The results have shown that the method is robust, powerful and accurate.
Purpose: This study is to research how New-Hanok R&D technologies of first stage are appearing and adapted to the New-Hanok style public buildings, especially in Daycare Center in Sunchang-gun, Korea. Unlike Hanok houses, public buildings which has special needs for the public and restricted by laws and regulations need not only new system of law incentives but also new components of New-Hnaok R&D technologies used only in Hanok house. Method: For this purpose, we checked the drawings for Daycare Center in Sunchang-gun. The drawings have been changed 6 times for the purpose of adopting New-Hanok R&D technologies of first stage and actual needs for current laws and regulations for public buildings and it reveals not only the possibilities for adapting new technologies in New-Hanok but also meetings the current and public needs for public buildings. Result: The result of this study as follows. Approximately 40-50 percent of New-Hanok R&D technologies in the first stage are adapted in Daycare Center in Sunchang-gun, and this means there are limitations in adapting New-Hanok R&D which are mainly for the Korean style houses. The main reasons are the costs still remaining high and lacking in confidence for using traditional structures and materials still under verification. Some are changed and proposed in another solutions suitable for public buildings as like truss structure system in roof.
The current architectural design of unit modular has been based on 2D of CAD program, so unit modular character which needs unit information management, as a dried-member system, has no effect on design process. The purpose of this study is We have developed a suitable BIM design process, according to various works of construction, then tried to contribute to supply and activation of the urban-life-housing based on unit modular. The BIM modeling process based on unit modular has been in order of unit combination with preparing manual classification, and, it has been constructed, at construction site, from housing foundation to roof finish by Bottom-up method. At a manufacturing factory, it has been produced in order of 1) grouping materials and parts, 2) fabricating unit boxes, and 3) interference examination of unit boxes, and each order has been classified as housing structure, architecture, plumbing process separately. At a construction site, the fabrication has been done in order of, like as a real housing construction scenario, 1) RC foundation work 2) unit module job-site-fabrication work, 3) roof truss work, 4) plumbing and HVAC work, and 5) housing interior finish work. After modeling process, the interference examination on each work of construction has finally completed modeling. The Unit modular utilizing BIM modeling can make easy housing maintenance through systematic control with preparing manual of unit module information, and securing accurate and speedy construction information. And it will promote design credibility and create maximum effect of unit modular construction method, such as construction period reduction and upgrade of construction quality, etc., through the computer simulation as real as construction environment in cyber space, and with the interfering examination.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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