Traditional metal dampers have disadvantages such as a higher yield point and inadequate adjustability. The experimental results show that the low yield point steel has superior energy dissipation hysteretic capacity and can be applied to seismic structures. To overcome these deficiencies, a novel compound metal damper comprising both low yield point steel plates and common steel plates is presented. The optimization objectives, including "maximum rigidity" and "full stress state", are proposed to obtain the optimal edge shape of a compound metal damper. The numerical results show that the optimized composite metal damper has the advantages such as full hysteresis curve, uniform stress distribution, more sufficient energy consumption, and it can adjust the yield strength of the damper according to the engineering requirements. In view of the mechanical characteristics of the compound metal damper, the equivalent model of eccentric cross bracing is established, and the approximate analytical solution of the yield strength and the yield displacement is proposed. A nonlinear simulation analysis is carried out for the overall aseismic capacity of three-layer-frame structures with a compound metal damper. It is verified that a compound metal damper has better energy dissipation capacity and superior seismic performance, especially for a damper with double-objective optimized shape.
The tensile behavior of the Thread-fixed One-side Bolt (TOB) at high temperatures was studied using the Finite Element Modeling (FEM) to explore the structural responses that could not be measured in tests. The accuracy of the FEM was verified using the test results from the failure mode, load-displacement curve as well as yielding load. Three typical failure modes of TOB connected T-stubs were observed, which were the Flange Yielding (FY), the Bolt Failure (BF) and the Coupling Failure mode (CF). The influence of the flange thickness tb and the temperature θ on the tensile behavior of the T-stub were discussed. The initial stiffness and the yielding load decreased with the increase of the temperature. The T-stubs almost lost their resistance when the temperature exceeded 700℃. The failure modes of T-stubs were mainly decided by the flange thickness, which relates to the anchorage of the hole threads and the bending resistance of flange. The failure mode could also be changed by the high temperature. Design equations in EN 1993-1-8 were modified and verified by the FEM results. The results showed that these equations could predict the failure mode and the yielding load at different temperatures with satisfactory accuracy.
Steel shear walls are used to strengthen steel and concrete structures. One such system is Partial Attached Steel Shear Walls (PASSW), which are only connected to frame beams. This system offers both structural and architectural advantages. This study first calibrated the numerical model of RC frames with and without PASSW using an experimental sample. The seismic performance of the RC frame was evaluated by 30 non-linear static analyses, which considered stiffness, ductility, lateral strength, and energy dissipation, to investigate the effect of PASSW width and column axial load. Based on numerical results and a curve fitting technique, a lateral stiffness equation was developed for frames equipped with PASSW. The effect of the shear wall location on the concrete frame was evaluated through eight analyses. Nonlinear dynamic analysis was performed to investigate the effect of the shear wall on maximum frame displacement using three earthquake records. The results revealed that if PASSW is designed with appropriate stiffness, it can increase the energy dissipation and ductility of the frame by 2 and 1.2 times, respectively. The stiffness and strength of the frame are greatly influenced by PASSW, while axial force has the most significant negative impact on energy dissipation. Furthermore, the location of PASSW does not affect the frame's behavior, and it is possible to have large openings in the frame bay.
Evaluation of tunnel performance in seismic-prone areas demands efficient means of estimating performance at different hazard levels. The present study introduces an innovative push-over analysis approach which employs the standard earthquake spectrum to simulate the performance of a tunnel. The numerical simulation has taken into account the lining and surrounding rock to calculate the rock-tunnel interaction subjected to a static push-over displacement regime. Elastic perfectly plastic models for the lining and hardening strain rock medium were used to portray the development of plastic hinges, nonlinear deformation, and performance of the tunnel structure. Separately using a computational algorithm, the non-linear response spectrum was approximated from the average shear strain of the rock model. A NATM tunnel in Turkey was chosen for parametric study. A seismic performance curve and two performance thresholds are introduced that are based on the proposed nonlinear seismic static loading approach and the formation of plastic hinges. The tunnel model was also subjected to a harmonic excitation with a smooth response spectrum and different amplitudes in the fully-dynamic phase to assess the accuracy of the approach. The parametric study investigated the effects of the lining stiffness and capacity and soil stiffness on the seismic performance of the tunnel.
A composite member made of concrete-filled steel tubes (CFT columns) has been recognized for its fire resistance due to the thermal mass effect of concrete inside the steel tube, as shown in various studies. In this study, the fire resistance performance of reinforced CFT columns under constant axial load was evaluated using finite element analysis with ABAQUS. For this purpose, the variables including cross-section size, steel tube thickness, and concrete cover thickness were set, and the temperature distribution in the column cross-section exposed to a standard fire was investigated using heat transfer analysis. Ultimately, a P-M interaction curve was obtained by evaluating the overall residual strength of columns, and the fire resistance time was determined by evaluating axial displacement-time responses due to the reduction in load capacity during fire through stress analysis.
Yu-Xiao Wu;Zi-Jian Fei;De-Cheng Feng;Meng-Yan Song
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.12
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pp.4504-4517
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2023
After a loss of coolant accident (LOCA) in the prestressed concrete containment vessels (PCCVs) of nuclear power plants, the coupling of temperature and pressure can significantly affect the mechanical properties of the PCCVs. However, there is no consensus on how this coupling affects the failure mechanism of PCCVs. In this paper, a simplified finite element modeling method is proposed to study the effect of temperature and pressure coupling on PCCVs. The experiment results of a 1:4 scale PCCV model tested at Sandia National Laboratory (SNL) are compared with the results obtained from the proposed modeling approach. Seven working conditions are set up by varying the internal and external temperatures to investigate the failure mechanism of the PCCV model under the coupling effect of temperature and pressure. The results of this paper demonstrate that the finite element model established by the simplified finite element method proposed in this paper is highly consistent with the experimental results. Furthermore, the stress-displacement curve of the PCCV during loading can be divided into four stages, each of which corresponds to the damage to the concrete, steel liner, steel rebar, and prestressing tendon. Finally, the failure mechanism of the PCCV is significantly affected by temperature.
This paper presents a systematic approach for estimating fragility curves and damage probability matrices for different frequencies. Fragility curves and damage probability indicate the probabilities that a structure will sustain different degrees of damage at different ground motion levels. The seismic damages are to achieved by probabilistic evaluation because of uncertainty of earthquakes. In contrast to previous approaches, this paper presents a method that is based on nonlinear dynamic analysis of the structure using empirical data. This paper presents the probability of damage as a function of peak ground acceleration and estimates the probability of five damage levels for prestressed concrete (PSC) bridge pier subjected to given ground acceleration. At each level, 100 artificial earthquake motions were generated in terms of soil conditions, and nonlinear time domain analyses was performed for the damage states of PSC bridge pier structures. These damage states are described by displacement ductility resulting from seismic performance based on existing research results. Using the damage states and ground motion parameters, five fragility curves for PSC bridge pier with five types of dominant frequencies were constructed assuming a log-normal distribution. The effect of dominant frequences was found to be significant on fragility curves.
Kim, Ji Young;Kim, Ki Doo;Ma, Hyang Wook;Chung, Chul-Hun
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.34
no.1
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pp.73-85
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2014
The CFT (Concrete Filled steel Tubes) column-footing connection is cast-in-place embedded type which provides simple construction procedure, low cost, and superior structural performance. In this study, CFT column-footing connection of modular pier is proposed and structural performance is evaluated by experimental tests. To evaluate structural performance of the CFT column-footing connection, a series of experimental tests were performed for the 4 specimens with different embedded depth. As a result of the quasi-static test, the specimen with 0.6D (0.6 times the outside diameter of steel tube) embedded depth showed relatively low ductility than other specimens with larger embedded depth due to cone failure of base concrete occurred during the lower loading step. On the contrary, cone failure of the base concrete was not observed in the specimens with larger embedded depth than 0.9D, but typical flexural failure in lower part of CFT column was observed. With the analyses of force-displacement curve, displacement ductility, and energy dissipation capacity, it is concluded that the rational range of embedded depth of the CFT column-footing connection is from 0.9D to 1.2D in view of good seismic performance.
Recently, in this department, pressure-displacement curve and breaking tension of dog and human tympanic membrane were studied using intact, fresh or dried tympanic membrane attached to external auditory meatus. However, physical property, proper elasticity-Young Modulus, of the tympanic membrane has not been clarified yet. Present study is attempted to further clarify proper Young Modulus of tympanic membrane, and to distinguish possible difference between layer of stratum radiatum and layer of stratum circulare of tympanic membrane in breaking tension and in Young Modulus. Tympanic membrane was excised from sacrificed dog, and preparation was made into the size of approximately 1 mm in width and 3 mm in length. In fresh or dried tympanic membrane, which was dried at $80^{\circ}C$ for 24 hrs., some preparations were made along the long axis parallel to the fibers of radial direction, and others were made along the long axis perpendicular to the radial fibers-circular direction. Breaking tension and displacement according to loading, were measured and Young Modulus was calculated in tympanic membrane preparations under the different experimental conditions. Results obtained are summarized as follows : 1. Young Modulus of fresh tympanic membrane in radial direction was $6.57{\times}10^8\;dyne/cm^2$, and that of fresh preparation in circular direction was $1.68{\times}10^8\;dyne/cm^2$. The Young Modulus of fresh tympanic membrane in radial direction resembles to that of silk and whale moustache. In dried tympanic membrane, Young Modulus of preparation of radial direction was $30.2{\times}10^8\;dyne/cm^2$ and that of preparation in circular direction was $25.0{\times}10^8\;dyne/cm^2$. 2. Breaking tension of fresh tympanic membrane was 44.9 gm/mm in radial preparation, and 7.9 gm/mm in circular preparation. In dried tympanic membrane, breaking tension was 46.7 gm/mm in preparation of radial direction, and 17.2 gm/mm in preparation of circular direction. 3. Much smaller breaking tension of the circular preparation-one fifth to the radial preparation-seemed to be responsible for the higher incidence of circular fiber breaking in tympanic membrane performation caused by trauma or sudden change in atmospheric pressure. 4. The correlation seemed to be very close between breaking tension and Young Modulus in tympanic membrane.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.18
no.12
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pp.106-111
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2017
In this study, the stiffness of an LMU (Leg Mating Unit), which is a device required for installing the top side part of an offshore structure, was examined through structural analysis. This unit is mounted on the supporting point of the structure and is used to absorb the shock at installation. It is a cylindrical structure with an empty center. To support the vertical load, elastomeric bearings (EBs) and iron plates are laminated in layers. The stiffness of the EBs is basically influenced by the size of the bearings, but it varies with the number of laminated sheets inside the same sized structure. The relationship between the stiffener and the compressive stiffness is investigated, and its design is suggested. The stiffness of the EBs is analyzed by calculating the reaction force, while controlling the displacement. First, the relationship between the size of the reinforcing plate and the compressive stiffness is considered. Next, the relationship between the number of stacked reinforcing plates and the compression stiffness is considered. Different loads are required for each installed point. The goal is to design the compression stiffness in such a way that the same deformation occurs at each point in the analysis. In this study, ANSYS is used to perform the FE analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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