철근 콘크리트 구조물의 명확한 성능평가를 수행하기 위해 재료 및 구조적 특성이 구조물에 미치는 영향에 대한 분석이 필요하다. 구조물의 성능에 영향을 미치는 성능영향인자는 구조물의 재료적 특성인 콘크리트 강도, 종방향주철근, 횡구속 철근, 구조적 특성인 형상비, 축하중에 대하여 총 5가지로 정의하였다. 각각의 성능영향인자 변화에 따른 고유치 해석과 비선형 정적해석을 수행하여 각각의 성능영향인자들이 구조물의 항복 변위와 항복 기저전단력 및 연성비의 정적성능에 미치는 영향을 분석하였다. 또한 비선형 정적해석의 결과를 이용하여 FEMA-440에서 제안된 수정된 능력스펙트럼법을 이용하여 성능평가를 수행하였고, 이에 따라 구조물의 성능점을 도출하였으며 각각의 성능영향인자가 미치는 영향을 분석하였다. 성능영향인자 변화에 따른 해석 결과, 고유치해석과 비선형 정적해석의 따른 고유주기와 연성비는 구조적 특성이 재료적 특성에 비해 구조물에 더 큰 영향을 미치는 것으로 나타났고, 그 중 형상비의 영향이 가장 크게 작용하였으며, 수정된 능력스펙트럼법을 이용한 성능평가 결과, 고유주기와 연성비와 마찬가지로 구조적 특성 중 형상비의 영향이 가장 크게 작용하였다.
Micromechanics is a technique for the analysis of composites or heterogeneous materials which focuses on the components of the intended structure. Each one of the components can exhibit isotropic behavior, but the microstructure characteristics of the heterogeneous material result in the anisotropic behavior of the structure. In this research, the general mechanical properties of a 3D anisotropic and heterogeneous Representative Volume Element (RVE), have been determined by applying periodic boundary conditions (PBCs), using the Asymptotic Homogenization Theory (AHT) and strain energy. In order to use the homogenization theory and apply the periodic boundary conditions, the ABAQUS scripting interface (ASI) has been used along with the Python programming language. The results have been compared with those of the Homogeneous Boundary Conditions method, which leads to an overestimation of the effective mechanical properties. According to the results, applying homogenous boundary conditions results in a 33% and 13% increase in the shear moduli G23 and G12, respectively. In polymeric composites, the fibers have linear and brittle behavior, while the resin exhibits a non-linear behavior. Therefore, the nonlinear effects of resin on the mechanical properties of the composite material is studied using a user-defined subroutine in Fortran (USDFLD). The non-linear shear stress-strain behavior of unidirectional composite laminates has been obtained. Results indicate that at arbitrary constant stress as 80 MPa in-plane shear modulus, G12, experienced a 47%, 41% and 31% reduction at the fiber volume fraction of 30%, 50% and 70%, compared to the linear assumption. The results of this study are in good agreement with the analytical and experimental results available in the literature.
This paper investigates the seismic response of lightweight acceleration-sensitive non-structural components (NSCs) mounted on irregular reinforced concrete (RC) primary structures (P-structures) using non-linear dynamic finite element (FE) analysis. The aim of this paper is to study the influence of NSC to P-structure vibration period ratio, peak ground acceleration, NSC to P-structure height ratio, and P-structure torsional behaviour on the seismic response of the NSCs. Representative constitutive models were used to simulate the behaviour of the RC P-structures. The NSCs were modelled as vertical cantilevers fixed at their bases with masses on the free ends and varying lengths so as to match the frequencies of the P-structures. Full dynamic interaction is considered between the NSCs and P-structures. A set of 21 natural and artificial earthquake records were used to evaluate the seismic response of the NSCs. The numerical results indicate that the behaviour of the NSCs is significantly influenced by the investigated parameters. Comparison between the FE results and Eurocode (EC8) predictions suggests that EC8 underestimates the response of NSCs mounted on the flexible sides of irregular RC P-structures when the fundamental periods and heights of the NSCs match those of the P-structures. The perceived cause of this discrepancy is that EC8 does not take into account the amplification in the dynamic response of NSCs induced by the torsional behaviour of RC P-structures.
Goncalves, Paulo B.;Jurjo, Daniel Leonardo B.R.;Magluta, Carlos;Roitman, Ney
Structural Engineering and Mechanics
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제46권6호
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pp.869-886
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2013
This work presents an experimental methodology specially developed for the nonlinear large-amplitude free vibration analysis of a clamped-free thin-walled metal column under self-weight. The main contribution of this paper is related to the developed experimental methodology which is based on a remote sensing technique using a computer vision system that integrates, on-line, the digital image acquisition and its treatment through special image processing routines. The main importance of this methodology is that it performs large deflections measurements without making contact with the structure and thus, not introducing undesirable changes in its behavior, for instance, appreciable changes in mass and stiffness properties. This structure presents, in most cases, highly non-linear responses, which cannot be reproduced by conventional finite-element softwares due, mainly, to the simultaneous influence of geometric and inertial non-linearities. To capture the non-linearities associated with large amplitude vibration and be able to describe the buckling process, the structure is discretized as a sequence of jointed coupled elastic pendulums. The obtained numerical results are favorably compared with the experimental ones, in the pre- and post-buckling regimes.
Biondini, Fabio;Bontempi, Franco;Malerba, Pier Giorgio
Structural Engineering and Mechanics
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제12권6호
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pp.685-698
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2001
In this paper, a general method for the automatic search for Strut-and-Tie (S&T) models representative of possible resistant mechanisms in reinforced concrete elements is proposed. The representativeness criterion here adopted is inspired to the principle of minimum strain energy and requires the consistency of the model with a reference stress field. In particular, a highly indeterminate pin-jointed framework of a given layout is generated within the assigned geometry of the concrete element and an optimum truss is found by the minimisation of a suitable objective function. Such a function allows us to search the optimum truss according to a reference stress field deduced through a F.E.A. and assumed as representative of the given continuum. The theoretical principles and the mathematical formulation of the method are firstly explained; the search for a S&T model suitable for the design of a deep beam shows the method capability in handling the reference stress path. Finally, since the analysis may consider the structure as linear-elastic or cracked and non-linear in both the component materials, it is shown how the proposed procedure allows us to verify the possibilities of activation of the design model, oriented to the serviceability condition and deduced in the linear elastic field, by following the evolution of the resistant mechanisms in the cracked non-linear field up to the structural failure.
We try to use system dynamics to forecast the demand/supply and price, also transportation fare for iron ore. Iron ore is very important mineral resource for industrial production. The structure for this system dynamics shows non-linear pattern and we anticipated the system dynamic method will catch this non-linear reality better than the regression analysis. Our model is calibrated and tested for the past 6 year monthly data (2003-2008) and used for next 6 year monthly data(2008-2013) forecasting. The test results show that our system dynamics approach fits the real data with higher accuracy than the regression one. And we have run the simulations for scenarios made by possible future changes in demand or supply and fare related variables. This simulations imply some meaningful price and fare change patterns.
This work addresses the optimization controller design problem combining the AI evolution bat (EB) optimization algorithm with a fuzzy controller in the practical application of a reinforced concrete frame structure. This article explores the use of an intelligent EB strategy to reduce the dynamic response of Lead Rubber Bearing (LRB) composite reinforced concrete frame structures. Recently developed control units for plant structures, such as hybrid systems and semi-active systems, have inherently non-linear properties. Therefore, it is necessary to develop non-linear control methods. Based on the relaxation method, the nonlinear structural system can be stabilized by properly adjusting the parameters. Therefore, the behavior of a closed-loop system can be accurately predicted by determining the behavior of a closed-loop system. The performance and durability of the proposed control method are demonstrated by numerical simulations. The simulation results show that the proposed method is a viable and feasible control strategy for seismically tuned composite reinforced concrete frame structures.
The seismic responses of a base Isolated Pressurized Water Reactor(PWR) are investigated using a mathematical model which expresses the superstructure as a linear lumped mass-spring and the seismic Isolator as an equivalent spring-damper. Time history analyses are performed for the 1940 El Centre earthquake with linear amplification. In the analysis 5% of structural damping is used for the superstructure. The effects of high damping rubber bearing on seismic response of the superstructure in base isolated system are evaluated for four stiffness model types. The acceleration responses in base isolated PWR superstructure with high damping rubber bearings are much smaller than those in fixed base structure. In the higher strain region where stiffness behaves non-linearly, the acceleration responses modelled by one equivalent stiffness are smaller than those in nonlinear spring model, and the higher stiffness spring model of isolator exhibits larger peak acceleration response at superstructure in the frequency range above 2.0 Hz. when subjected to linearly amplified 1940 El Centre earthquake.
This research has been performed to estimate the hunting motion hysteresis of railway passenger cars. An old and a new car with almost same structure are chosen as analysis models. To solve effectively a set of simultaneous equations of motion strongly coupled with creep relations, shooting algorithm in which the nonlinear relations are regarded as a two-point boundary value problem is adopted. The bifurcation theory is applied to the dynamic analysis to distinguish differences between linear and nonlinear critical speeds by variation of parameters. It is found that there are some factors and their operation area to make nonlinear critical speed respond to them more sensitivity than linear critical speed. Full-scale roller rig tests are carried out for the validation of the numerical results. Finally, it is concluded that the wear of wheel profile and the stiffness discontinuities of wheelset suspension caused by deterioration have to be considered in the analysis to predict hysteresis of critical speed precisely.
점토 지반 위에 상부 구조물이 축조되면 지반의 성질, 하중의 종류와 크기 등에 따라 즉각적인 침하가 생기고 어떤 형태의 접지압 분포가 이루어진다. 그러나 이후 시간의 경과와 더불어 2차적인 압밀침하가 추가되면 상부구조의 휨 강성 때문에 이 2차적인 추가 곡률에 대한 저항이 있다. 따라서 접지압 분포에 변화가 있게 되고 이 접지압 분포의 변화 때문에 압밀침하가 달라지며 압밀침하가 달라지면 다시 접지압 분포에 변화가 있게 되고 다시 압밀침하가 변하는 등의 하부지반과 상부구조와의 상호작용을 압밀침하가 끝날 때까지 계속하므로 지반 압밀 문제를 선형적으로 규명할 수 없다. 이 연구에서는 유한요소법으로 이 비선형 상호작용 문제의 근사적인 해석법을 시도하고 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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