In the current study, ordinary design of Represstessed Pre-Flex (RPF) girder by classical beam theory and numerical model taking buckled shape into consideration were compared with field-survey data to find imperfections on the RPF girder before prestressing and after preflexion. It should be noted that the ordinary design do not consider deformed shape of steel girder in RPF beam. The deformed shapes of steel girder due to the incomplete fabrication that could be caused by self-weight, preflexion misalignment, existence of lateral bracing at mid-span and stiffness of reaction frame were found using a newly developed model which was verified against a deformation survey conducted on actual RPF girder in the field. The final observed deformed shapes of RPF after concrete shrinkage and before prestressing were classified into W, C and Unsymmetric shapes in regard to both survey and analytical results. The deformation survey showed negligible amount of unwanted deformation compared to the large size of the RPF girders. The shallower width of the bottom flange of steel girder caused amount of lateral torsional buckling under self-weight and preflexion thereby affecting the unwanted final overall shape of the RPF girders. However, it was found that the unwanted deformation of RPF girders by fabrication errors even though it is negligible compared to the size of the girder, caused unsymmetrical stress contours in concrete and additional tensile stress and raise some safety issues.
Sharma, Shashi Kant;Kumar, K.V. Praveen;Akbar, M. Abdul;Rambabu, Dadi
Advances in materials Research
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v.11
no.1
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pp.59-73
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2022
In the construction industry, thin-walled frame elements with very slender open cross-sections and low torsional stiffness are often subjected to a complex loading condition where axial, bending, shear and torsional stresses are present simultaneously. Hence, these often fail in instability even before the yield capacity is reached. One of the most common instability conditions associated with thin-walled structures is Lateral Torsional Buckling (LTB). In this study, a first order Generalized Beam Theory (GBT) formulation and numerical analysis of cold-formed steel lipped channel beams (C80×40×10×1, C90×40×10×1, C100×40×10×1, C80×40×10×1.6, C90×40×10×1.6 and C100×40×10×1.6) subjected to uniform moment is carried out to predict pure Lateral Torsional Buckling (LTB). These results are compared with the Finite Element Analysis of the beams modelled with shell elements using ABAQUS and analytical results based on Euler's buckling formula. The mode wise deformed shape and modal participation factors are obtained for comparison of the responses along with the effect of varying the length of the beam from 2.5 m to 10 m. The deformed shapes of the beam for different modes and GBTUL plots are analyzed for comparative conclusions.
Ayman E., Nabawy;Ayman M.M., Abdelhaleem;Soliman. S., Alieldin;Alaa A., Abdelrahman
Steel and Composite Structures
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v.45
no.5
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pp.697-713
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2022
In the context of the finite elements method, the dynamic behavior of porous functionally graded double wishbone vehicle suspension structural system incorporating joints flexibility constraints under road bump excitation is studied and analyzed. The functionally graded material properties distribution through the thickness direction is simulated by the power law including the porosity effect. To explore the porosity effects, both classical and adopted porosity models are considered based on even porosity distribution pattern. The dynamic equations of motion are derived based on the Hamiltonian principle. Closed forms of the inertia and material stiffness components are derived. Based on the plane frame isoparametric Timoshenko beam element, the dynamic finite elements equations are developed incorporating joint flexibilities constraints. The Newmark's implicit direct integration methodology is utilized to obtain the transient vibration time response under road bump excitation. The presented procedure is validated by comparing the computational model results with the available numerical solutions and an excellent agreement is observed. Obtained results show that the decrease of porosity percentage and material graduation tends to decrease the deflection as well as the resulting stresses of the control arms thus improving the dynamic performance and increasing the service lifetime of the control arms.
Mohammed Fasil;R. Sajeeb;Nizar A. Assi;Muhammad K. Rahman
Earthquakes and Structures
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v.24
no.1
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pp.21-36
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2023
Structural vibrations generated by earthquakes and wind loads can be controlled by varying the structural parameters such as mass, stiffness, damping ratio, and geometry and providing a certain amount of passive or active reaction forces. A Double-Tuned Mass Dampers (DTMDs) system, which is simple and more effective than the conventional single tuned mass damper (TMD) system for vibration mitigation is presented. Two TMDs tuned to the first two natural frequencies were used to control vibrations. Experimental investigations were carried out on a three degrees-of-freedom frame model to investigate the effectiveness of DTMDs systems in controlling displacements, accelerations, and base shear. Numerical models were developed and validated against the experimental results. The validation showed a good match between the experimental and numerical results. The validated model was employed to investigate the behavior of a five degrees-of-freedom shear building structure, wherein mass dampers with different mass ratios were considered. The effectiveness of the DTMDs system was investigated for harmonic, seismic, and white noise base excitations. The proposed system was capable of significantly reducing the story displacements, accelerations, and base shears at the first and second natural frequencies, as compared to conventional single TMD.
As the key part in the reinforced concrete column-steel beam (RCS) frame, the beam-column joints are usually subjected the axial force, shear force and bending moment under seismic actions. With the aim to study the seismic behavior of RCS joints with and without RC slab, the quasi-static cyclic tests results, including hysteretic curves, slab crack development, failure mode, strain distributions, etc. were discussed in detail. It is shown that the composite action between steel beam and RC slab can significantly enhance the initial stiffness and loading capacity, but lead to a changing of the failure mode from beam flexural failure to the joint shear failure. Based on the analysis of shear failure mechanism, the calculation formula accounting for the influence of RC slab was proposed to estimate shear strength of RCS joint. In addition, the finite element model (FEM) was developed by ABAQUS and a series of parametric analysis model with RC slab was conducted to investigate the influence of the face plates thickness, slab reinforcement diameter, beam web strength and inner concrete strength on the shear strength of joints. Finally, the proposed formula in this paper is verified by the experiment and FEM parametric analysis results.
Past studies have shown that the aspect ratio (width-to-height) of a steel plate shear wall (SPSW) can significantly affect its seismic response. SPSWs with lower aspect ratio (narrow SPSW) may experience low lateral stiffness and flexure dominated drift response. As the height of the frame increases, the narrow SPSWs prove to be uneconomical and demonstrate inferior seismic response than their wider counterparts. Moreover, the thicker web plates required for narrow SPSWs exerts high inward pull on the VBEs. The present study suggests the limiting values of the aspect ratio for an SPSW system by evaluating the seismic collapse performance of 3-, 6- and 9-story SPSW systems using FEMA P695 methodology. For this purpose, nonlinear models are developed. These models are validated with the past quasi-static experimental results. Non-linear static analyses and Incremental dynamic analyses are then carried. The results are then utilized to conservatively suggest the limiting values of aspect ratios for SPSW system. In addition to the conventional-SPSW (Conv-SPSW), the collapse performance of staggered-SPSW (S-SPSW) is also explored. Its performance is compared with the Conv-SPSW and the use of S-SPSW is suggested in the cases where SPSW with lower than recommended aspect ratio is desired.
In this research, the rotordynamic characteristics of the labyrinth seal with and without swirl brake were predicted using the computational fluid dynamic (CFD) model. Based on previous studies, a simple swirl brake consisting of square vanes without stagger angle is designed and placed in front of the seal inlet. The rotating frame of reference is utilized to consider the whirling motion of the rotor in the steady-state analysis since the whirling motion is transient behavior in nature. CFD analysis was performed in the range of -1 to 1 pre-swirl ratio for a given seal and swirl brake design and operating conditions. The CFD analysis result shows that the swirl brake effectively reduces the pre-swirl since the circumferential fluid velocity of labyrinth seal with swirl brake was lower than that without swirl brake. The cross-coupled stiffness coefficient, which is greatly affected by the circumferential fluid velocity, increased with an increasing pre-swirl ratio in a seal without a swirl brake but showed a low value in a seal with a swirl brake. The change in the damping coefficient was relatively small. The effective damping coefficient of the labyrinth seal with swirl brake was generally constant and showed a higher value than the labyrinth seal without swirl brake.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.2A
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pp.273-284
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2006
In this study, After considering the general characteristic of Near Fault Ground Motion, the inelastic response spectrum is made to evaluate using the change of ductility and yield stiffness coefficient according to the inelastic behavior of structures which couldn't be examined through the elastic response spectrum. It is conducted to the elastic and inelastic time history analysis about the long period structure which could reflect the characteristic of Near Fault Ground Motion with the best and it is also examined the aspect of response distribution about the input data. Moreover, the response characteristic of structure is analyzed by investigating the plastic hinge for the purpose of grasp about the inelastic behavior of structure.
Seismic design codes permit the use of Equivalent Static Analysis of buildings considering torsional eccentricity e with dynamic amplification factors on structural eccentricity and some accidental eccentricity. Estimation of e in buildings is not addressed in codes. This paper presents a simple approximate method to estimate e in RC Moment Frame and RC Structural Wall buildings, which required no detailed structural analysis. The method is validated by 3D analysis (using commercial structural analysis software) of a spectrum of building. Results show that dynamic amplification factor should be applied on torsional eccentricity when performing Response Spectrum Analysis also. Also, irregular or mixed modes of oscillation arise in torsionally unsymmetrical buildings owing to poor geometric distribution of mass and stiffness in plan, which is captured by the mass participation ratio. These irregular modes can be avoided in buildings of any plan geometry by limiting the two critical parameters (normalised torsional eccentricity e/B and Natural Period Ratio 𝜏 =T𝜃/T, where B is building lateral dimension, T𝜃 uncoupled torsional natural period and T uncoupled translational natural period). Suggestions are made for new building code provisions.
Spline chirplet transform and local maximum synchrosqueezing are introduced to present a novel structural instantaneous frequency (IF) identification method named local maximum synchrosqueezing spline chirplet transform (LMSSSCT). Namely spline chirplet transform (SCT), a transform is firstly introduced based on classic chirplet transform and spline interpolated kernel function. Applying SCT in association with local maximum synchrosqueezing, the LMSSSCT is then proposed. The index of accuracy and Rényi entropy show that LMSSSCT outperforms the other time-frequency analysis (TFA) methods in processing analytical signals, especially in the presence of noise. Numerical examples of a Duffing nonlinear system with single degree of freedom and a two-layer shear frame structure with time-varying stiffness are used to verify the effectiveness of structural IF identification. Moreover, a nonlinear supported beam structure test is conducted and the LMSSSCT is utilized for structural IF identification. Numerical simulation and experimental results demonstrate that the presented LMSSSCT can effectively identify the IFs of nonlinear structures and time-varying structures with good accuracy and stability.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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