Most connections of steel structures exhibit flexible behaviour under cyclic loading. The flexible connections can be assumed as nonlinear rotational springs attached to the ends of each beam. The nonlinear behaviour of the connections can be considered by suitable moment-rotation relationship. Time-history analysis by direct integration method can be used as a powerful technique to determine the nonlinear dynamic response of the structure. In conventional numerical integration, the response is evaluated for a series of short time increments. The limitations on the size of time intervals can be removed by using Chen and Robinson improved time history analysis method, in which the integrated displacements are used as the new variables in integrated equation of motion. The proposed method permits longer time intervals and reduces the computational works. In this paper the nonlinearity behaviour of the structure is summarized on the connections, and the step by step improved time-history analysis is used to calculate the dynamic response of the structure. Several numerical calculations which indicate the applicability and advantages of the proposed methodology are presented. These calculations illustrate the importance of the effect of the nonlinear behaviour of the flexible connections in the calculation of the dynamic response of steel frames.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.44
no.2
s.152
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pp.148-153
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2007
Two typical impact loadings, shock wave and gas bubble pulse, due to UNDEX(UNDerwater EXplosion), should be considered together for the closest response analysis of structure subjected to UNDEX to a reality. Since these two impact loadings have different response time bands, however, their response characteristics of structure are different from each other. It is impossible to consider these effectively under the current computational environment and the mathematical model has not yet been developed. Whereas Hicks model approximates the fluid-structure interaction due to gas bubble pulse as virtual mass effect, treating the flow by the response of gas bubble after shock wave as incompressible ideal fluid contrary to the compressible flow due to shock wave, Geers-Hunter model could make the closest response analysis of structure under UNDEX to a real one as a mathematical model considering the fluid-structure interaction due to shock wave and gas bubble pulse together using acoustic wave theory and DAA(Doubly Asymptotic Approximation). In this study, the application and effectiveness of integrated dynamic response analysis of submerged structure was examined with the analysis of the shock wave and gas bubble pulse together.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.27
no.2
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pp.77-82
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2023
The structural analysis module is an essential part of any integrated structural system. Diverse integrated systems today require, from the analysis module, efficient real-time responses to real-time input such as earthquake signals, extreme weather-related forces, and man-made accidents. An integrated system may also be for the entire life span of a civil structure conceived during the initial conception, developed throughout various design stages, effectively used in construction, and utilized during usage and maintenance. All these integrated systems' essential part is the structural analysis module, which must be automated and computationally efficient so that responses may be almost immediate. The finite element method is often used for structural analysis, and for automation, many effective finite element meshes must be automatically generated for a given analysis. A computationally efficient finite element mesh generation scheme based on the r-h method of mesh refinement using strain deviations from the values at the Gauss points as error estimates from the previous mesh is described. Shape factors are used to sort out overly distorted elements. A standard cantilever beam analyzed by four-node plane stress elements is used as an example to show the effectiveness of the automated algorithm for a time-domain dynamic analysis. Although recent developments in computer hardware and software have made many new applications in integrated structural systems possible, structural analysis still needs to be executed efficiently in real-time. The algorithm applies to diverse integrated systems, including nonlinear analyses and general dynamic problems in earthquake engineering.
Jayalekshmi, B.R.;Poojary, V.G. Deepthi;Venkataramana, Katta;Shivashankar, R.
Structural Engineering and Mechanics
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v.48
no.1
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pp.1-16
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2013
The seismic response of RC space frame structures with isolated footing resting on a shallow soil stratum on rock is presented in this paper. Homogeneous soil stratum of different stiffness in the very soft to stiff range is considered. Soil, footing and super structure are considered to be the parts of an integral system. A finite element model of the integrated system is developed and subjected to scaled acceleration time histories recorded during two different real earthquakes. Dynamic analysis is performed using mode superposition method of transient analysis. A parametric study is conducted to investigate the effect of flexibility of soil in the dynamic behaviour of low-rise building frames. The time histories and Fourier spectra of roof displacement, base shear and structural response quantities of the space frame on compliant base are presented and compared with the fixed base condition. Results indicate that the incorporation of soil flexibility is required for the realistic estimate of structural seismic response especially for single storey structures resting on very soft soil.
This study is focused on an integrated numerical modeling enabling one to investigate the dynamic behavior and failure of 2-D textile composite and 3-D orthogonal woven composite structures weakened by micro-cracks and subjected to an impact load. The integrated numerical modeling is based on: I) determination of governing equations via a three-level hierarchy: micro-mechanical unit cell analysis, layer-wise analysis accounting for transverse strains and stresses, and structural analysis based on anisotropic plate layers, II) development of an efficient computational approach enabling one to perform transient response analyses of 2-D plain woven and 3-D orthogonal woven composite structures featuring the matrix cracking and exposed to time-dependent loads, III) determination of the structural characteristics of the textile-layered composites and their degraded features under various geometrical yarn shapes, and finally, IV) assessment of the implications of stiffness degradation on dynamic response to impact loads.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.23
no.1
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pp.83-88
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2019
Structural analysis remains as an essential part of any integrated civil engineering system in today's rapidly changing computing environment. Even with enormous advancements in capabilities of computers and mobile tools, enhancing computational efficiency of algorithms is necessary to meet the changing demands for quick real time response systems. The finite element method is still the most widely used method of computational structural analysis; a robust, reliable and automated finite element structural analysis module is essential in a modern integrated structural engineering system. To be a part of an automated finite element structural analysis, an efficient adaptive mesh generation scheme based on R-H refinement for the mesh and error estimates from representative strain values at Gauss points is described. A coefficient that depends on the shape of element is used to correct overly distorted elements. Two simple case studies show the validity and computational efficiency. The scheme is appropriate for nonlinear and dynamic problems in earthquake engineering which generally require a huge number of iterative computations.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.28
no.3
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pp.241-248
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2015
There are a lot of equipment related to safety and electric power production in nuclear power plants. The structure and equipment in NPPs were generally designed considering a high safety factor to remain in the elastic zone under earthquake load. However it is needed to revaluate the seismic capacity of the structure and equipment as the magnitude of earthquake was recently increased. In this study the floor response due to the nonlinear behaviors of structure was analyzed and the inelastic structural response factor was calculated by the nonlinear time history analysis. The inelastic structural response factor was calculated by the EPRI method and the nonlinear analysis method to realistically evaluate the seismic fragility for the equipment. According to the analysis result, it was represented that the inelastic structural response factor was affected by the natural frequency of equipment, the location of equipment and the dynamic property of structure.
The non-linear static and dynamic response of doubly curved thin isotropic shells has been studied for the step and sinusoidal loadings. Dynamic analogues Von Karman-Donnel type shell equations are used. Clamped immovable and simply supported immovable boundary conditions are considered. The governing nonlinear partial differential equations of the shell are discretized in space and time domains using the harmonic differential quadrature (HDQ) and finite differences (FD) methods, respectively. The accuracy of the proposed HDQ-FD coupled methodology is demonstrated by the numerical examples. Numerical examples demonstrate the satisfactory accuracy, efficiency and versatility of the presented approach.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.26
no.2
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pp.131-138
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2013
The high damping rubber bearings contributed to reduce a seismic force transmitted to upper structures, the material properties of rubber changes with time and the rubber with age-related degradation can affect the seismic response of structures and equipments. Therefore the seismic response of structure considering age-related degradation of isolators should be evaluated. In this paper, the stiffness and damping for isolators were defined using the aging data proposed by other researchers. The reactor containment building and the auxiliary building were selected to conduct the nonlinear analysis and the natural frequency, maximum responses, floor response spectrum(FRS) were evaluated with time using the four earthquakes with different frequency contents. According to the analysis results, the seismic responses are increased by the age-related degradation of isolators and the detail inspections should be conducted up to 20 years because it was presented that the change of FRS was high during this period.
This paper presents an integrated wind-induced dynamic analysis and computer-based design optimization technique for minimizing the structural cost of general tall buildings subject to static and dynamic serviceability design criteria. Once the wind-induced dynamic response of a tall building structure is accurately determined and the optimal serviceability design problem is explicitly formulated, a rigorously derived Optimality Criteria (OC) method is to be developed to achieve the optimal distribution of element stiffness of the structural system satisfying the wind-induced drift and acceleration design constraints. The effectiveness and practicality of the optimal design technique are illustrated by a full-scale 60-story building with complex 3D mode shapes. Both peak resultant acceleration criteria and frequency dependent modal acceleration criteria are considered and their influences on the optimization results are highlighted. Results have shown that the use of various acceleration criteria has different implications in the habitability evaluations and subsequently different optimal design solutions. The computer based optimization technique provides a powerful tool for the lateral drift and occupant comfort design of tall building structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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