A shear experiment of one-way monotonic loading was carried out with the shear span ratio as the main experimental variable for reinforced concrete beam. Using the finite element analysis as the experimental analysis tool and the analysis method to compute the shear resistance of small shear span ratio, a new macro-model composed of crooked main strut and sub strut is proposed in consideration of the effect of bond action between re-bar and concrete based on the experimental result. The experimental finding affirmed the validity of the proposed macro-model when the shear span ratio was at or below 0.75 and confirmed that the experimental result was the most consistent with the computed analysis result when the effective factor of concrete compressive strength was set at 0.75.
Journal of Fisheries and Marine Sciences Education
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v.24
no.5
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pp.699-711
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2012
An undergraduate course named computational structural analysis becomes more significant in recent years because of its important role in industries and the recent innovation in computer technology. Typically, the course consists of introduction to finite element method, utilization of general purpose finite element software, and examples focusing on static and linear analyses on various structural members such as a beam, truss, frame, arch, and cable. However, in addition to the static and linear analyses, current industries ask graduates to acquire basic knowledge on structural dynamics and nonlinear analysis, which are not listed in the conventional syllabus of the computational structural analysis. Therefore, this study develops geometrically nonlinear examples, which can help students to easily capture the fundamental nonlinear theory, software manipulation, and problem solving skills. For the purpose, five different examples are found, developed for the analyses of cables and cable nets, which naturally have strong geometrical non-linearity. In the paper, these examples are presented, discussed, and finally compared for a better subject development.
Recently, an indirect displacement estimation method using data fusion of acceleration and strain (i.e., acceleration-strain-based method) has been developed. Though the method showed good performance on beam-like structures, it has inherent limitation in applying to more general types of bridges that may have complex shapes, because it uses assumed analytical (sinusoidal) mode shapes to map the measured strain into displacement. This paper proposes an improved displacement estimation method that can be applied to more general types of bridges by building the mapping using the finite element model of the structure rather than using the assumed sinusoidal mode shapes. The performance of the proposed method is evaluated by numerical simulations on a deck arch bridge model and a three-span truss bridge model whose mode shapes are difficult to express as analytical functions. The displacements are estimated by acceleration-based method, strain-based method, acceleration-strain-based method, and the improved method. Then the results are compared with the exact displacement. An experimental validation is also carried out on a prestressed concrete girder bridge. The proposed method is found to provide the best estimate for dynamic displacements in the comparison, showing good agreement with the measurements as well.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.14
no.3
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pp.361-369
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2001
This paper deals with numerical efficiency of nonlinear solution technique for space trusses. It will propose the combined Arc-length method to trace structural behavior after reaching buckling load as opposed to the current Arch-length method. The combined Arc-length method uses the current stiffness parameter as a control variable. It uses Secant-Newton method in stable path and applies Arc-length method in unstable path. To evaluate efficiency of solution technique, the accuracy of solution, convergence, and computing time concerning illustrative numerical examples are compared with the current Arc-length method. It show that the combined Arc-length method, as proposed in this paper, is superior to the current Arc-length method in numerical nonlinear analysis.
Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction
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v.35
no.8
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pp.139-148
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2019
The lightweight structures such as domes are particularly vulnerable when it has been subjected to high temperature induced by the fire. It is therefore crucial to predict the possible instability path of structures exposed to the fire in structural design process. In this study, the instabilities of single-layer domes is investigated by using finite element technologies with the consideration of high temperature. The material properties of members under high temperature are considered by using the reduction factors which is provided in Eurocodes 3. Some damage patterns are assumed with use of a structural unit which is symmetric in radial direction. For numerical evaluations, the geometrically nonlinear truss element is implemented and the arch-length control method is employed to trace the post-buckling behaviour of domes. From numerical results, it is found to be that a significant change of post-buckling behaviour is detected in dome structures when structural members are exposed to the fire.
In this study, the explicit numerical algorithm was proposed to simulate the stress erection process and ultimate-load analysis of the strarch (stressed arch) system. The strarch system is a unique and innovative structural system and member prestress comprising prefabricated plane truss frames erected through a post-tensioning stress erection procedure. The flexible bottom chord, which has sleeve and gap details, is closed by the reaction force of the prestressing tendon. The prestress imposed on the tendon will enable the strarch system to be erected. This post-tensioning process is called "stress erection process." During this process, plastic rigid-body rotation occurs to the flexible top chord due to the excessive amount of plastic strain, and the structural characteristic is unstable. In this study, the dynamic relaxation method (DRM) was adopted to calculate the nonlinear equilibrium equation of the system, and a displacement-based finite-element-formulated filament beam element was used to simulate the nonlinear behavior of the top chord sections of the strarch system. The section of the filament beam element was composed by the amount of filaments, which can be modeled by various material models. The Ramberg-Osgood and bilinear kinematic elastic plastic material models were formulated for the nonlinear material behaviors of the filaments. The numerical results that were obtained in the present study were compared with the experiment results of the stress erection and with the results of the ultimate-load analysis of the strarch unit frame. The results of the present studies are in good agreement with the previous experiment results, and the explicit DRM enabled the analysis of the post-buckling behaviors of the strarch unit frame.
A novel precast concrete-encased steel composite beam, which can be abbreviated as PCES beam, is introduced in this paper. In order to investigate the shear behavior of this PCES beam, a test of eight full-scale PCES beam specimens was carried out, in which the specimens were subjected to positive bending moment or negative bending moment, respectively. The factors which affected the shear behavior, such as the shear span-to-depth aspect ratio and the existence of concrete flange, were taken into account. During the test, the load-deflection curves of the test specimens were recorded, while the crack propagation patterns together with the failure patterns were observed as well. From the test results, it could be concluded that the tested PCES beams could all exhibit ductile shear behavior, and the innovative shear connectors between the precast concrete and cast-in-place concrete, namely the precast concrete transverse diaphragms, were verified to be effective. Then, based on the shear deformation compatibility, a theoretical model for predicting the shear capacity of the proposed PCES beams was put forward and verified to be valid with the good agreement of the shear capacities calculated using the proposed method and those from the experiments. Finally, in order to facilitate the preliminary design in practical applications, a simplified calculation method for predicting the shear capacity of the proposed PCES beams was also put forward and validated using available test results.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.9
no.3
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pp.75-82
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2009
This paper investigates the variation of post-buckling behaviours of spatial structures after sizing optimization with linear assumptions. The mathematical programming technique is used to produce the optimum member size of spatial structures against external load. Total weight of structure is considered as the objective function to be minimized and the displacement occurred at loading point and member stresses of structures are used as the constraint functions. The finite difference method is used to calculate the design sensitivity of objective function with respect to design variables. The post-buckling analysis carried out by using the geometrically nonlinear finite element analysis code ISADO-GN. It is found to be that there is a huge difference between the post buckling behaviours of the initial and optimized structures. Therefore, the stability of optimized spatial structures with linear assumption should be throughly checked by appropriate nonlinear analysis techniques. Finally, the present numerical results are provided as benchmark test suite for future study of large spatial structures.
Journal of the Korean Institute of Landscape Architecture
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v.38
no.3
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pp.75-82
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2010
This study formed an estimation of the visual characteristics of urban bridges in Yanghwaro in the Gyeongui Railroad Area using a landscape simulation. Existing theses have formerly only suggested directions for design based on visual preference, but there is as yet no research on the practical process of landscape design. As a result, it is difficult to directly apply this to bridge design. This study found a potential bridge site and presented a direction for bridge design in order to improve the image of the surrounding urban landscape by surveying the visual effects and landscape preferences of different bridge types. An urban landscape was produced using a landscape simulation model and was made the background for the survey. Five bridge types--Girder, Arch, Truss, Cable and Suspension--were selected and presented. The shapes of the bridges were selected based on the floor plan. The results of this study are as follows. In a preference analysis, every bridge except Girder was evaluated as a positive influence. When rating the image, 'artificial' was rated significantly higher than other traits when assessing the background image. When the Girder Bridge was introduced, 'stable' and 'orderly' were both rated highly while 'stable', 'beautiful', 'orderly' and 'interesting' were high with the introduction of the Arch Bridge. 'Beautiful', 'stable', and 'orderly' were given a high value in the introduction of the Truss Bridge and every image except 'natural', 'harmony' and 'orderly' were highly rated in the introduction of the Cable Bridge. Further, every image but 'natural' was highly rated with the introduction of the Suspension Bridge. Based on the analysis of the landscape, there is a difference in preference before and after modeling a bridge type, while the bridge itself is an influence when it is the main object of the simulated scene. This study researched only the shape of the bridge as a part of the landscape but other elements such as stability, economics, and construction are also factors in the design of a bridge. Stability, economics, construction and other factors must be considered when selecting a bridge type in the future.
Park, Yeon Soo;Choi, Sun Min;Yang, Won Yeol;Hong, Hye Jin;Kim, Woon Hyung
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.20
no.5
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pp.609-616
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2008
Recently, many ocean bridges that connect land to island or island to island have been constructed along with the improvement of the nation's economy. Long-span bridges can be categorized as suspension bridge, cable-stayed bridge, arch bridge and truss bridge. In this study, correction with respect to construction error can be presented on site through the monitoring of the cable tension change of real structure for four major construction stages so that construction accuracy, including the management of profiles, can be improved. A vibration method, the so-called indirect method that uses the cable's natural frequency changes from the acceleration sensor installed on the cable, is applied in measuring cable tension. In this study, the estimation formula for the effective length of cable with damper is presented by comparing and analyzing between actual measurement and analysis result for the change of the cable's effective length. By the way, it is known that the reliability of estimating cable tension by applying the former method that uses the net distance from damper to anchorage is low. Therefore, for future reference of the maintenance stage, the presented formula for estimating the effective length of cable can be used as a reference for the rational decision-making, such as the re-tensioning and replacement of cable.
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