This paper presents some shaking table tests conducted on a 1/4-scaled model with 5-story steel reinforced concrete (SRC) spatial frame with irregular section columns under a series of base excitations with gradually increasing acceleration peaks. The test frame was subjected to a sequence of seismic simulation tests including 10 white noise vibrations and 51 seismic simulations. Each seismic simulation was associated with a different level of seismic disaster. Dynamic characteristic, strain response, acceleration response, displacement response, base shear and hysteretic behavior were analyzed. The test results demonstrate that at the end of the loading process, the failure mechanism of SRC frame with irregular section columns is the beam-hinged failure mechanism, which satisfies the seismic code of "strong column-weak beam". With the increase of acceleration peaks, accumulated damage of the frame increases gradually, which induces that the intrinsic frequency decreases whereas the damping ratio increases, and the peaks of acceleration and displacement occur later. During the loading process, torsion deformation appears and the base shear grows fast firstly and then slowly. The hysteretic curves are symmetric and plump, which shows a good capacity of energy dissipation. In summary, SRC frame with irregular section columns can satisfy the seismic requirements of "no collapse under seldom earthquake", which indicates that this structural system is suitable for the construction in the high seismic intensity zone.
In this paper a boundary element method is developed for the general flexural-torsional buckling analysis of Timoshenko beams of arbitrarily shaped cross section. The beam is subjected to a compressive centrally applied concentrated axial load together with arbitrarily axial, transverse and torsional distributed loading, while its edges are restrained by the most general linear boundary conditions. The resulting boundary value problem, described by three coupled ordinary differential equations, is solved employing a boundary integral equation approach. All basic equations are formulated with respect to the principal shear axes coordinate system, which does not coincide with the principal bending one in a nonsymmetric cross section. To account for shear deformations, the concept of shear deformation coefficients is used. Six coupled boundary value problems are formulated with respect to the transverse displacements, to the angle of twist, to the primary warping function and to two stress functions and solved using the Analog Equation Method, a BEM based method. Several beams are analysed to illustrate the method and demonstrate its efficiency and wherever possible its accuracy. The range of applicability of the thin-walled theory and the significant influence of the boundary conditions and the shear deformation effect on the buckling load are investigated through examples with great practical interest.
The effect of central axial load on natural frequencies of various thin-walled beams, are investigated by some researchers using different methods such as finite element, transfer matrix and dynamic stiffness matrix methods. However, there are situations that the load will be off centre. This type of loading is called eccentric load. The effect of the eccentricity of axial load on the natural frequencies of asymmetric thin-walled beams is a subject that has not been investigated so far. In this paper, the mentioned effect is studied using exact dynamic stiffness matrix method. Flexure and torsion of the aforesaid thin-walled beam is based on the Bernoulli-Euler and Vlasov theories, respectively. Therefore, the intended thin-walled beam has flexural rigidity, saint-venant torsional rigidity and warping rigidity. In this paper, the Hamilton‟s principle is used for deriving governing partial differential equations of motion and force boundary conditions. Throughout the process, the uniform distribution of mass in the member is accounted for exactly and thus necessitates the solution of a transcendental eigenvalue problem. This is accomplished using the Wittrick-Williams algorithm. Finally, in order to verify the accuracy of the presented theory, the numerical solutions are given and compared with the results that are available in the literature and finite element solutions using ABAQUS software.
The static and dynamic responses of guyed telecommunication towers can be determined by using two models, the space truss element model, and the equivalent beam-column element model. The equivalent beam-column analysis is based on the determination of the equivalent shear, torsion, and bending rigidities as well as the equivalent area of the guyed mast. In the literature, two methods are currently available to determine the equivalent properties of lattice structures, namely: the unit load method, and the energy approach. In this study, an equivalent beam-column analysis is introduced based on an equivalent thin plate approach for lattice structures. A finite-element modeling, using suitably modified ABAQUS software, is used to investigate the accuracy of utilizing the different proposed methods in determining the static and dynamic responses of a guyed tower of 364.5-meter high subjected to static and seismic loading conditions. The results from these analyses are compared to those obtained from a finite-element modeling of the actual structure using 3-D truss and beam elements. Good agreement is shown between the different proposed beam-column models, and the model of the actual structure. However, the proposed equivalent thin plate approach is simpler to apply than the other two approaches.
The stress corrosion index of Kumamoto andesite are evaluated by two types of testing method. One is the uniaxial compression test under various water vapor pressures, and the other is the double torsion (DT) test under a constant water vapor pressure. For the uniaxial compression tests, the uniaxial compressive strength increases linearly with decreasing water vapor pressure on the double logarithmic coordinates. As the results, the stress corrosion index obtained is estimated 44. On the other hand, in the DT test, the relaxation (RLX) test and the constant displacement rate (CDR) test were conducted. For the CDR test, as the displacement rate of loading point increases, the crack velocity increases. However, the fracture toughness is constant regardless of the change in displacement rate and the average fracture toughness is evaluated $2.07MN/m^{3/2}$. For the RLX test, the crack velocity-stress intensity factor curves are smooth and linear. The stress corrosion index estimated from the curves is 37. Comparing stress corrosion indexes in the uniaxial compression test and the DT test, there is no significant difference in these values, and they are considered to be in coincident each other regardless of testing methods. Therefore, it is concluded that stress corrosion is one of material constants of rock.
In this study, the homogeneity of critical current, $I_c$, along the lengthwise direction in the coated conductor (CC) tape under uniaxial tension was investigated using a multiple voltage tap configuration. Initially, a gradual and homogeneous $I_c$ degradation occurred in all subsections of the tape up to a certain strain value. This was followed by an abrupt $I_c$ degradation in some subsections, which caused scattering in $I_c$ values along the length with increasing tension strain. The $I_c$ degradation behaviour was also explained through n-value as well as microstructure analyses. Subsections showed $I_c$ scattering corresponding to damaged areas of the CC tape revealed that transverse cracks were distributed throughout the gauge length. This homogeneous $I_c$ degradation behaviour under tension is similar with the case under torsion strain but different with the case under hard bending which were previously reported. This behaviour is also different with the case using Bi-2223 HTS tapes under tension strain.
Attarchiana, Nahid;Kalantari, Afshin;Moghadam, Abdolreza S.
Earthquakes and Structures
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v.10
no.6
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pp.1467-1486
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2016
This research focuses on seismic performance of a class of single pier skewed bridges with three different pier-deck connections; skew angles vary from $0^{\circ}$ to $60^{\circ}$. A well-documented four span continuous deck bridge has been modeled and verified. Seat-type connections with fixed and sliding bearings plus monolithic pier-deck connections are studied. Shear keys are considered either fully operational or ineffective. Seismic performances of the bridges and the structural components are investigated conducting bidirectional nonlinear time history analysis in OpenSees. Several global and intermediate engineering demand parameters (EDP) have been studied. On the basis of results, the values of demand parameters of skewed bridges, such as displacement and rotation of the deck plus plastic deformation and torsional demand of the piers, increase as the skew angle increases. In order to eliminate the deck collapse probability, the threshold skew angle is considered as $30^{\circ}$ in seat-type bridges. For bridges with skew angles greater than $30^{\circ}$, monolithic pier-deck connections should be applied. The functionality of shear keys is critical in preventing large displacements in the bearings. Pinned piers experience considerable ductility demand at the bottom.
Kim, Kang Su;Choi, Seung-Ho;Ju, Hyunjin;Lee, Deuck Hang;Lee, Jae-Yeon;Shin, Myoungsu
Earthquakes and Structures
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v.7
no.5
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pp.719-733
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2014
The equivalent frame method (EFM) is widely used for the design of two-way reinforced concrete slab structures, and current design codes of practice permit the application of the EFM in analyzing the flat plate slab structures under gravity and lateral loads. The EFM was, however, originally developed for the flat plate structures subjected to gravity load, which is not suitable for lateral loading case. Therefore, this study, the first part of series research paper, proposed the structural analysis method for the flat plate slab structures under the combined gravity and lateral loads, which is named as the unified equivalent frame method (UEFM). In the proposed method, some portion of rotation induced in the torsional member is distributed to the flexibility of the equivalent columns, and the remaining portion is contributed to that of the equivalent slabs. In the consecutive companion paper, the proposed UEFM is verified by comparing with test results of multi-span flat plate structures. Also, a simplified nonlinear push-over analysis method is proposed, and verified by comparing to test results.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.30
no.9
s.252
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pp.1041-1048
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2006
The pulley is one of core mechanical elements in the power steering system for vehicles. The pulley operates under both the compressive loading and the torque. Therefore, to assure the safety of the power steering system, it is very important to investigate the durability and the optimization of the pulley. In this study, the applied stress distribution of the pulley under high tension and torsion loads was obtained by using finite element analysis. Based on these results the fatigue life of the pulley with the variation of the fatigue strength was evaluated by a durability analysis simulator. The results at 50% and 1% for the failure probability were compared with respect to the fatigue life. In addition to the optimum design for the fatigue life is obtained by the response surface method. The response function utilizes the function of the life and weight factors. Within range for design life condition the minimization of the weight, one of the formulation, is obtained by the optimal design. Moreover the optimum design by considering its durability and validity is verified by the durability test.
A method that determines the minimum stiffness of baracing to achieve non-sway buckling conditions at a given story level of a multi-column elastic frame is proposed. Condensed equations that evaluate the required minimum stiffness of the lateral and torsional bracing are derived using the classical stability functions. The proposed method is applicable to elastic framed structures with rigid, semirigid, and simple connections. It is shown that the minimum stiffness of the bracing required by a multi-column system depends on: 1) the plan layout of the columns; 2) the variation in height and cross sectional properties among the columns; 3) the applied axial load pattern on the columns; 4) the lack of symmetry in the loading pattern, column layout, column sizes and heights that cause torsion-sway and its effects on the flexural bucking capacity; and 5) the flexural and torsional end restrains of the columns. The proposed method is limited to elastic framed structures with columns of doubly symmetrical cross section with their principal axes parallel to the global axes. However, it can be applied to inelastic structures when the nonlinear behavior is concentrated at the end connections. The effects of axial deformations in beams and columns are neglected. Three examples are presented in detail to show the effectiveness of the proposed method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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