The analysis of nonlinear vibrations, buckling, post-buckling, flutter boundary determination and post-flutter behavior of a homogeneous curved plate assuming cylindrical bending is conducted in this article. Other assumptions include simply-supported boundary conditions, supersonic aerodynamic flow at the top of the plate, constant pressure conditions below the plate, non-viscous flow model (using first- and third-order piston theory), nonlinear structural model with large deformations, and application of mechanical and thermal loads on the curved plate. The analysis is performed with constant environmental indicators (flow density, heat, Reynolds number and Mach number). The material properties (i.e., coefficient of thermal expansion and modulus of elasticity) are temperature-dependent. The equations are derived using the principle of virtual displacement. Furthermore, based on the definitions of virtual work, the potential and kinetic energy of the final relations in the integral form, and the governing nonlinear differential equations are obtained after fractional integration. This problem is solved using two approaches. The frequency analysis and flutter are studied in the first approach by transferring the handle of ordinary differential equations to the state space, calculating the system Jacobin matrix and analyzing the eigenvalue to determine the instability conditions. The second approach discusses the nonlinear frequency analysis and nonlinear flutter using the semi-analytical solution of governing differential equations based on the weighted residual method. The partial differential equations are converted to ordinary differential equations, after which they are solved based on the Runge-Kutta fourth- and fifth-order methods. The comparison between the results of frequency and flutter analysis of curved plate is linearly and nonlinearly performed for the first time. The results show that the plate curvature has a profound impact on the instability boundary of the plate under supersonic aerodynamic loading. The flutter boundary decreases with growing thermal load and increases with growing curvature.
Herian A. Leyva;Eden Bojorquez;Juan Bojorquez;Alfredo Reyes;Fabrizio Mollaioli;Omar Payan;Leonardo Palemon;Manual A. Barraza
Structural Engineering and Mechanics
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v.90
no.3
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pp.313-323
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2024
Most of existing buildings in Mexico City are made of reinforced concrete (RC), however, it has been shown that they are very susceptible to narrow-band long duration ground motions. In recent years, the use of dual systems composed by Buckling Restrained Braces (BRB) has increased due to its high energy dissipation capacity under reversible cyclical loads. Therefore, in this work the behavior of RC buildings with BRB is studied in order to know their performance, specifically, the energy distribution through height and response transformation factors between the RC and simplified systems are estimated. For this propose, seven RC buildings with different heights were designed according to the Mexico City Seismic Design Provisions (MCSDP), in addition, equivalent single degree of freedom (SDOF) systems were obtained. Incremental dynamic analyses on the buildings under 30 narrow-band ground motions in order to compute the relationship between normalized hysteretic energy, maximum inter-story drift and roof displacement demands were performed. The results shown that the entire structural frames participate in energy dissipation and their distribution is independent of the global ductility. The results let propose energy distribution equations through height. Finally, response transformation factors between the SDOF and multi degree of freedom (MDOF) systems were developed aimed to propose a new energy-based approach of BRB reinforced concrete buildings.
International conference on construction engineering and project management
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2024.07a
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pp.1317-1317
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2024
As climate change escalates extreme weather events, the structural durability of plastic greenhouses, constituting 90% of Korea's facility agriculture, emerges as a critical issue. These greenhouses are pivotal for year-round crop cultivation and high-quality agricultural production. In 2021, collapses caused around US$2 million in damages, mainly due to heavy snowfall and strong winds, accounting for 97% of incidents. The Korean Ministry of Agriculture responded by disseminating disaster-resistant standardized designs, yet more robust standards are needed. Current designs rely on elastic analysis, but plastic greenhouses display nonlinear behavior due to factors like residual stress and local buckling. Our study employs a refined plastic hinge method and finite element analysis to analyze structures, considering progressive yielding. We conducted loading tests using scale down models of plastic greenhouses in accordance with similitude laws. Based on these tests, the deformation of models under different load conditions was measured and compared with the deformation of greenhouse using our nonlinear structural analysis. This study will contribute to the development of reliable design criteria for plastic greenhouses in response to climate extremes such as heavy snowfall and typhoons. In addition, by identifying the deformation characteristics of plastic greenhouses due to loads, it can contribute to establishing usability standards for greenhouses, and reinforcement measures for vulnerable areas which are easily deformed under load can be considered.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2000.10a
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pp.381-388
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2000
The steel piers and the concrete-filled steel piers, in spite of reasonable strength, high ductility, small section, and fast construction, have not been considered as the alternatives to the RC piers even in the highly populated urban area where aseismic safety, limited space and fast construction are indispensably required. In this paper, a steel pier and 4 box type concrete-filled steel piers were tested with the quasi-static cyclic loading to estimate the ductility and the strength. Additional devices such as base rib, turn-buckle, and anchor bolted added at the to increase the ductility with minimum additional cost. The result showed that the concrete filled-in steel piers had higher energy absorbtion and strength than steel piers had, but also showed that slight overlooking in the design and fabrication could lead to the abrupt fracture just after small local buckling at the bottom.
The effect of the initial imperfections on the nonlinear behaviors and ultimate strength of the thin-walled members subjected to the axial loads, obtained by the finite element stability analysis, are examined. As the initial imperfections, the bucking mode shapes of the members are adopted. The buckling mode shapes of the thin-walled members are obtained by the transfer matrix method. In the finite element stability analysis, isoparametric degenerated shell element is used, and the geometrical and material nonlinearity are considered based on the Green Lagrange strain definition and the Prandtl-Reuss stress-strain relation following the von Mises yield criterion. The U-, box- and I-section members subjected to the axial loads are adopted for numerical examples, and the effects of the initial imperfections on the nonlinear behaviors and ultimate strength of the members are examined.
In this study, a flexibility-based finite element method considering geometric and material nonlinearities is developed for analyzing steel-concrete frame structures. The stability functions obtained from the exact buckling solution of the beam-column subjected to end moments are used to accurately capture the second-order effects. The proposed method uses the force interpolation functions, including a moment magnification due to the axial force and lateral displacement. Thus, only one element per a physical member can account for the interaction between the bending moment and the axial force in a rational way. The proposed method applies the Newton method based on the load control and uses the secant stiffness method, which is computationally both efficient and stable. According to the evaluation result of this study, the proposed method consistently well predicts the nonlinear inelastic behavior of steel-concrete composite frames and gives good efficiency.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.14
no.1
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pp.85-91
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2014
The purpose of this paper is to study comparative of dynamic instability characteristic of Geiger-typed cable dome structures by load condition, which is well-known among the cable dome structures that are the lightweight hybrid structure using compression and tension element continuously. Dynamic buckling process in the phase plane is very important thing for understanding why unstable phenomena are sensitively originated in nonlinear dynamic by various initial conditions. But there is no paper for the dynamic instability of hybrid cable dome by Sinusoidal Excitations, many papers which deal with the dynamic instability for shell-structures under the step load have been published. As a result of Geiger-typed cable dome, which shows chaotic behavior in dynamic nonlinear analysis with initial imperfection.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1989.04a
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pp.44-49
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1989
The primary purpose of using bracings is to improve tile lateral rigidity of main structural system, i.e., columns and beams, by reinforcing them with much smaller members. Conventional design methods consider bracings as tension-only mambers, since difficulties arise in the analysis to consider the P - effects and post-buckling behaviour of the bracing members. This is particulary true for X-bracings. Recently, however, both analytical and experimental studies have been conducted to investigate the more precise and real behaviour of bracing members, especially for the nonlinear un plastic behaviour under cyclic loads. In this study, an analytical model is proposed to investigate the nonlinear behavior of steel bracing members subjected to cyclic loads. Results of tile analysis were compared with previous experimental results, and good agreements were obtained between these results.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2008.04a
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pp.319-324
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2008
In this study the progressive collapse potential of special concentrically braced frames were investigated using the nonlinear static. All of seven different brace types were considered. According to the pushdown analysis results, most braced frames designed according to current design codes satisfied the design guidelines for progressive collapse initiated by loss of a first story mid-column; however most model structures showed brittle failure mode. This was caused by buckling of columns after compressive braces buckled. Among the braced frames considered, the inverted-V type braced frames showed superior ductile behavior during progressive collapse.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2008.04a
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pp.325-330
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2008
In this study 3- and 6-story flat plate structures designed only for gravity load are retrofitted with steel plates and braces and their seismic performances are evaluated to verify the effect of seismic retrofit. According to the analysis results obtained from nonlinear static analysis both the strength and stiffness are significantly enhanced as a result of the seismic retrofit. When buckling-restrained braces are used instead of conventional braces, the structures show more ductile behavior, especially in the 3-story structure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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