In the recent years, rehabilitation of structures, strengthening and increasing the ductility of them under seismic loads have become so vital that many studies has been carried out on the retrofit of steel and concrete members so far. Bridge piers are very important members concerning rehabilitation, in which the plastic hinging zone is very vulnerable. Pier is usually confined by special stirrups predicted in the design procedure; moreover, fiber-reinforced polymers (FRP) jackets are used after construction to confine the pier. FRP wrapping of the piers is one of the most effective ways of increasing moment and ductility capacity of them, which has a growing application due to its relative advantages. In many earthquake-resistant bridges, reinforced concrete columns have a major defect which could be retrofitted in different ways like using FRP. After rehabilitation, it is important to check the strengthening adequacy by dynamic nonlinear analysis and precise modeling of material properties. If the plastic hinge properties are simplified for the strengthened members, as the simplified properties which FEMA 356 proposes for non-strengthened members, static nonlinear analysis could be performed more easily. Current paper involves this matter and it is intended to determine the plastic hinge properties for static nonlinear analysis of the FRP-strengthened circular columns.
Bazzaz, Mohammad;Kheyroddin, Ali;Kafi, Mohammad Ali;Andalib, Zahra
Steel and Composite Structures
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제12권5호
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pp.445-464
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2012
In order to evaluate the dynamic behavior of passive energy dissipation system, two steps need to be considered for prediction of structural response in the presence of ductile element in an off-centre bracing system. The first is a detailed analysis of the proposed ductile element and the second is the effect of this ductile element on an off-centre bracing system. The use of ductile bracing system is expanding in steel structures in order to increase the force reduction factor. Therefore, regarding the nonlinear behavior of steel material used in an off-centre bracing systems and using ductile element in OBS bracing systems, the seismic evaluation of the mentioned systems seems to be necessary. This paper aims to study linear and nonlinear behavior of steel frames with off-centre bracing system and ductile element, in order to get the best position of these bracing elements. To achieve this purpose, the modeling has been done with ANSYS software. The optimum eccentricity has been obtained by modeling three steel frames with different eccentricities and evaluating the results of them. The analytical results showed that the model OBS-C with 0.3 eccentricities has higher performance among the models.
The behaviour of concrete confined by transverse reinforcement is a classical topic. Numerous studies have been conducted to establish the stress-strain relationships for concrete under various confining reinforcement arrangements. Many empirical and semi-empirical formulas exist. Simplified analytical models have also been proposed to evaluate the increase in the strength and ductility of confined concrete. However, relatively few studies have been conducted to utilise advanced computational models for a realistic simulation of the behaviour of concrete confined by transverse reinforcement. As a matter of fact, high fidelity simulations using the latest numerical solvers in conjunction with advanced material constitutive models can be a powerful means to investigating the mechanisms underlying the confining effects of different reinforcement schemes. This paper presents a study on the use of high fidelity finite element models for the investigation of the behaviour of concrete confined by stirrups, as well as the interpretation of the numerical results. The development of the models is described in detail, and the essential modelling considerations are discussed. The models are then validated by simulating representative experimental studies on short columns with different confining reinforcement schemes. The development and distribution of the confining stress and the subsequent increase in the axial strength are examined. The models are shown to be capable of reproducing the behaviour of the confined concrete realistically, paving a way for systematic parametric studies and investigation into complicated confinement, load combination, and dynamic loading situations.
본 연구에서는 무작위 진동 기법을 통하여 물성이 알려져 있지 않은 모래 지반 위에 놓인 강성기초의 수직 진동 거동을 분석하는 방법을 제안하였다. 수직 진동 체험을 위한 모형 기초는 질량비와 반경이 다른 11개의 도형 기초를 제작 사용하였으며 실험 지반은 모래를 성토하여 이용하였다. 연구 결과, 본 연구에서 제안된 방법은 지반을 반무한탄성체로 가정한 단순화된 에널로그보다 정확한 진동 거동이 추정되었다. 본 방법에 의한 추정 공진 진동수는 실측 공진 진동수두 잘 일치하였으며, 실측 변위에 대한 추정 공진 변위의 비는 본 실험 지반에 대하여 0.5~1.35의 범위에 있음을 알 수 있었다.
A tool holder system has been designed and builted to measure cutting forces in diamond turning. This system design includes a 3-component piezo-electric tranducer. Initial experiments with tool holder system included verification of its predicted dynamic characteristics as well as a detailed study of cutting parameters. In this research, tool holder system is modeled by considering the element dividing, material properties, and boundary conditions using MSC/PATRAN. Mode and frequency analysis of structure is simulated by MSC/NASTRAN, for the purpose of developing the effective design. In addition, tool holder system is verified by vibration test using accelerometer. Many cutting experiments have been conducted on 6061-T6 aluminum. Tests have involved investigation of velocity effects, and the effects of depth and feedrate on tool force. Cutting velocity has been determined to have negligible effects between 4 and 21㎧.(6) Forces generally increase with increasing depth of cut. Increasing feedrate does not necessarily lead to higher forces. Results suggest that a sample model may not be sufficient to describe the forces produced in the diamond turning process.
The ratcheting behavior was studied experimentally for Z2CND18.12N elbow piping under cyclic bending and steady internal pressure. Dozens of cyclic plasticity models for structural ratcheting responses simulations were used in the paper. The four models, namely, Bilinear (BKH), Multilinear (MKIN/KINH), Chaboche (CH3), were already available in the ANSYS finite element package. Advanced cyclic plasticity models, such as, modified Chaboche (CH4), Ohno-Wang, modified Ohno-Wang, Abdel Karim-Ohno and modified Abdel Karim-Ohno, were implemented into ANSYS for simulating the experimental responses. Results from the experimental and simulation studies were presented in order to demonstrate the state of structural ratcheting response simulation by these models. None of the models evaluated perform satisfactorily in simulating circumferential strain ratcheting response. Further, improvement in cyclic plasticity modeling and incorporation of material and structural features, like time-dependent, temperature-dependent, non-proportional, dynamic strain aging, residual stresses and anisotropy of materials in the analysis would be essential for advancement of low-cycle fatigue simulations of structures.
The design basis is being shifted from strength to deformation in modern performance-based design codes. This paper presents a practical method for optimization of eccentrically braced steel frames, based on the concept of uniform deformation theory (UDT). This is done by gradually shifting inefficient material from strong parts of the structure to the weak areas until a state of uniform deformation is achieved. In the first part of this paper, UDT is implemented on 3, 5 and 10 story eccentrically braced frames (EBF) subjected to 12 earthquake records representing the design spectrum of ASCE/SEI 7-10. Subsequently, the optimum strength-distribution patterns corresponding to these excitations are determined, and compared with four other loading patterns. Since the optimized frames have uniform distribution of deformation, they undergo less damage in comparison with code-based designed structures while having minimum structural weight. For further investigation, the 10 story EBF is redesigned using four different loading patterns and subjected to 12 earthquake excitations. Then a comparison is made between link rotations of each model and those belonging to the optimized one which revealed that the optimized EBF behaves generally better than those designed by other loading patterns. Finally, efficiency of each loading pattern is evaluated and the best one is determined.
This paper discusses design sensitivity analysis and its application to a structural dynamics modification. Eigenvalue derivatives are determined with respect to the element parameters, which include intrinsic property parameters such as Young's modulus, density of the material, diameter of a beam element, thickness of a plate element, and shape parameters. Derivatives of stiffness and mass matrices are directly calculated by derivatives of element matrices. The first and the second order derivatives of the eigenvalues are then mathematically derived from a dynamic equation of motion of FEM model. The calculation of the second order eigenvalue derivative requires the sensitivity of its corresponding eigenvector, which are developed by Nelson's direct approach. The modified eigenvalue of the structure is then evaluated by the Taylor series expansion with the first and the second derivatives of eigenvalue. Numerical examples for simple beam and plate are presented. First, eigenvalues of the structural system are numerically calculated. Second, the sensitivities of eigenvalues are then evaluated with respect to the element intrinsic parameters. The most effective parameter is determined by comparing sensitivities. Finally, we predict the modified eigenvalue by Taylor series expansion with the derivatives of eigenvalue for single parameter or multi parameters. The examples illustrate the effectiveness of the eigenvalue sensitivity analysis for the optimization of the structures.
This paper presents the analysis of friction master curves for a sliding elastomer on rough granite. The hysteresis friction is calculated using an analytical model that considers the energy spent during the local deformation of the rubber due to surface asperities. The adhesion friction is also considered for dry friction prediction. The viscoelastic modulus of the rubber compound and the large-strain effective modulus are obtained from dynamic mechanical analysis (DMA). We accurately demonstrate the large strain of rubber that contacts with road substrate using the GW theory. We found that the rubber block deforms approximately to 40% strain. In addition, the viscoelastic master curve considering nonlinearity (at 40% strain) is derived based on the above finding. As viscoelasticity strongly depends on temperature, it can be assumed that the influence of velocity on friction is connected to the viscoelastic shift factors gained from DMA using the time-temperature superposition. In this study, we apply these shift factors to measure friction on dry granite over a velocity range for various temperatures. The measurements are compared to simulated hysteresis and adhesion friction using the Kluppel friction theory. Although friction results in the low-speed band match well with the simulation results, there are differences in the predicted and experimental results as the velocity increases. Thus, additional research is required for a more precise explanation of the viscoelastic material properties for better prediction of rubber friction characteristics.
In the trackbed design using an elastic multi-layer model, the stress-dependent resilient modulus is the key input parameter, which reflects substructure performance under repeated traffic loading. The prediction models of resilient modulus of crushed stone and weathered granite soil were developed from nonlinear dynamic stiffness, which can be combined by in-situ and laboratory seismic measurements. The models accommodate the variation with the deviatoric and/or bulk stresses. To investigate the performance of the prediction models proposed, the elastic response of the test trackbed near PyeongTaek, Korea was evaluated using a 3-D nonlinear elastic computer program (GEOTRACK) and compared with measured elastic vertical displacement caused by the passages of freight and passenger trains. The material types of the test sub-ballasts are crushed stone and weathered granite soil, respectively. The calculated vertical displacements within the sub-ballasts are within the order of 1mm, and agree well with measured values with the reasonable margin. The prediction models are thus concluded to work properly in the preliminary investigation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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