As the load is increased on the steel-concrete composite structure, its interface begins to show nonlinear behavior due to the reduction of interaction, micro-crack, slip and separation, and it causes slip-softening, Therefore, it is essential to consider the partial-interaction analysis technique. Until now, however, full-interaction or, in some instances, the linear-elastic model, which are insufficient to simulate accurate behavior, are assumed in the analysis of composite structure since the analysis method and nonlinear model for interface are very difficult and complicated. Therefore, the design of composite structure is followed by the experimental method which is inefficient-because a number of tests have to be carried out according to the design environments. In this study, we carried out the nonlinear analysis according to various interface nonlinear models by interaction magnitude, and analyzed more accurate structural behavior and performance by maximum tangential traction and slip-softening at the interface. As a result of this study. we were able to prove that the nonlinear model of interface more exactly represents behavior after yielding, such as ultimate load: that initial tangential stiffness of interface has a significant effect on the yielding load of structural members or part: and that the maximum tangential traction and slip-softening mainly effects structural yielding and ultimate load. Therefore, the structural performance of composite structure is highly dependent on the steel-concrete interface or interaction, which may result in initial tangential stiffness, maximum tangential traction and slip-softening in nonlinear model.
Park, Hong-Gun;Kim, Dong-Kwan;Lee, Kyung-Koo;Kim, Dong-Soo
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.14
no.5
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pp.1-12
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2010
This study presents a finite element analysis method that can accurately evaluate the nonlinear behaviour of structures affected by shallow soft subsoils and the soil-structure interaction. A two-dimensional finite element model that consists of a structure and shallow soft subsoil was used. The finite element model was used for a nonlinear time domain analysis of the OpenSees program. A parametric study was performed to investigate the effects of soil shear velocities, earthquake input motions, soft soil depth, and soil-structure interaction. The result of the proposed nonlinear finite element analysis method was compared with the result of an existing frequency domain analysis method, which is frequently used for addressing nonlinear soil behavior. The result showed that the frequency domain analysis, which uses equivalent secant soil stiffness and does not address the soil-structure interaction, significantly overestimated the response of the structures with short dynamic periods. The effect of the soil-structure interaction on the response spectrum did not significantly vary with the foundation dimensions and structure mass.
Mohammad Mahmoudi;Abbas Ghasemi;Shahriar Tavousi Tafreshi
Structural Engineering and Mechanics
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v.91
no.5
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pp.469-486
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2024
Electric transformers are major components of electrical systems, and damage to them caused by earthquakes can result in significant financial loss. The current study modeled a three-dimensional (3D) isolated electrical transformer under horizontal and vertical records from different earthquakes. Instead of using fixed coefficients, an improved wavelet method has been used to create the greatest compatibility between the response spectra and the target spectrum. This method has primarily been used for dynamic analysis of isolated structures with spring-damper devices because it has shown greater accuracy in predicting the response of such structures. The effect of the nonlinear soil-structure interaction on the probability of transformer failure also has been investigated. Soil and structure interaction modeling was carried out using a beam on a nonlinear Winkler foundation. The effect of the nonlinear soil-structure interaction during dynamic analysis of transformers revealed that the greatest increase in the probability of transformer failure was in the fixed-base condition when the structure was located on soft soil. This intensified the response of the structure and increased the probability of transformer failure by up to 27% for far-field and up to 95% for near-field ground motions. A comparison of the results indicates that the use of 3D isolation systems in transformers in areas with soft clay that are subject to near-field ground motions can strongly reduce the probability of failure and improve the seismic performance of the transformer.
Kim, Moon-Kyun;Lim, Yun-Mook;Cho, Kyung-Hwan;Kim, Ji-Sun
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2005.03a
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pp.405-412
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2005
In this study, a numerical method for soil-pile-structure interaction problems in multi-layered half-plane is developed. The total soil-pile-structure interaction system is divided into two parts namely, nonlinear structure part and linear soil-pile interaction parts. In the structure field, the general finite element method is introduced to solve the dynamic equation of motion for the structure. In the soil-pile structure interaction part, physical model consisting of lumped parameter, which is frequency dependent coefficient and determined by rigorous analysis method is introduced. Using proposed analysis procedure, the nonlinear behavior of structure considering soil-structure interaction can be efficiently determined in time domain and the analysis cost is dramatically reduced.
Sharifi, Behroozeh;Nouri, Gholamreza;Ghanbari, Ali
Earthquakes and Structures
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v.18
no.6
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pp.667-675
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2020
The current study compares the effect of structure-soil-structure interaction (SSSI) on the dynamic responses of adjacent buildings and isolated structures including soil-structure interaction (SSI) with the responses of fixed-base structures. Structural responses such as the relative acceleration, displacement, drift and shear force were considered under earthquake ground motion excitation. For this purpose, 5-, 10- and 15-story structures with 2-bay moment resisting frames resting on shallow foundations were modeled as a group of buildings in soft soil media. Viscous lateral boundaries and interface elements were applied to the soil model to simulate semi-infinite soil media, frictional contact and probable slip under seismic excitation. The direct method was employed for fully nonlinear time-history dynamic analysis in OpenSees using 3D finite element soil-structure models with different building positions. The results showed that the responses of the grouped structures were strongly influenced by the adjacent structures. The responses were as much as 4 times greater for drift and 2.3 times greater for shear force than the responses of fixed-base models.
We extend numerical analysis investigating the waveguide parameter dependency of the two resonant frequencies at the small-signal gain regime in a waveguide free-electron laser to the case that there exists a nonlinear coupling. The properties of the nonlinear interaction between the two resonant waves, one with higher frequency and positive slippage and the another one with lower frequency and negative slippage, are numerically investigated in the high gain regime. The results of numerical work with a set of partial differential equations describing the space and time interaction of the two resonant waves are analyzed.
In this paper, a hybrid boundary element technique is implemented to analyze nonlinear transient pile soil interaction in Gibson type nonhomeogenous soil. Inelastic modeling of soil media is presented by introducing a rational approximation to the continuum with nonlinear interface springs along the piles. Modified $\ddot{O}$zdemir's nonlinear model is implemented and systems of equations are coupled at interfaces for piles and pile groups. Linear beam column finite elements are used to model the piles and the resulting governing equations are solved using an implicit integration scheme. By enforcing displacement equilibrium conditions at each time step, a system of equations is generated which yields the solution. A numerical example is performed to investigate the effects of nonlinearity on the pile soil interaction.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.12
no.11
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pp.873-881
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2002
The fluid induced vibration (FIV) phenomena of an equivalent airfoil system of MAV have been investigated in low Reynolds number flow region. Unsteady flows with viscosity are computed using two-dimensional incompressible Navier-Stokes equations. The present fluid/structure interaction analysis is based on one of the most accurate computational approach with computational fluid dynamics (CFD) and computational structural dynamics (CSD) techniques. The highly nonlinear fluid/structure interaction phenomena due to severe flow separations have been analyzed for the low Reynolds region that has a dominancy of flow viscosity. The effects of Reynolds number and initial angle of attack on the fluid/structure coupled vibration instability are shown and the qualitative trend of FIV phenomenon is investigated.
A practical multi-spring model is proposed for a nonlinear analysis of reinforced concrete members, especially columns, taking into account the interaction of axial load and bi-directional bending moment. The parameters of the model are determined on the basis of material properties and section geometry. The axial force-moment interaction curve of reinforced concrete sections predicted by the model was shown to agree well with those obtained by the flexural analysis utilizing realistic stress-strain relations of materials. The reliability of the model was also examined with respect to the test of reinforced concrete columns subjected to varying axial load and bi-directional lateral load reversals. The analytical results agreed well with the experiment.
In this study, the accuracy and reliability of fully nonlinear method against equivalent linear method for dynamic analysis of soil-structure interaction is investigated comparing the predicted results of both numerical procedures with the results of experimental shaking table tests. An enhanced numerical soil-structure model has been developed which treats the behaviour of the soil and the structure with equal rigour. The soil-structural model comprises a 15 storey structural model resting on a soft soil inside a laminar soil container. The structural model was analysed under three different conditions: (i) fixed base model performing conventional time history dynamic analysis, (ii) flexible base model (considering full soil-structure interaction) conducting equivalent linear dynamic analysis, and (iii) flexible base model performing fully nonlinear dynamic analysis. The results of the above mentioned three cases in terms of lateral storey deflections and inter-storey drifts are determined and compared with the experimental results of shaking table tests. Comparing the experimental results with the numerical analysis predictions, it is noted that equivalent linear method of dynamic analysis underestimates the inelastic seismic response of mid-rise moment resisting building frames resting on soft soils in comparison to the fully nonlinear dynamic analysis method. Thus, inelastic design procedure, using equivalent linear method, cannot adequately guarantee the structural safety for mid-rise building frames resting on soft soils. However, results obtained from the fully nonlinear method of analysis fit the experimental results reasonably well. Therefore, this method is recommended to be used by practicing engineers.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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