Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.16
no.5
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pp.33-40
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2012
To reduce the vulnerability of torsional irregular buildings caused by seismic loads, the torsional amplification factor was introduced by the seismic code. This factor has been applied differently in a variety of seismic codes. In this study, the final static eccentricity, and the lateral and torsional stiffness ratios of buildings designed with different design eccentricities were compared. The increment of the torsional amplification factor resulted in a decrement of the final static eccentricity of the building. However, after reaching the maximum value of this factor, the final static eccentricity of the building increased again. The final static eccentricity of the building designed by multiplying the sum of the inherent and accidental eccentricity by the torsional amplification factor was zero or had a minus value, depending to the position of the vertical element.
Abd El Fattah, Ahmed M.;Rasheed, Hayder A.;Al-Rahmani, Ahmed H.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.11
no.1
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pp.135-149
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2017
The prediction of the actual ultimate capacity of confined concrete columns requires partial confinement utilization under eccentric loading. This is attributed to the reduction in compression zone compared to columns under pure axial compression. Modern codes and standards are introducing the need to perform extreme event analysis under static loads. There has been a number of studies that focused on the analysis and testing of concentric columns. On the other hand, the augmentation of compressive strength due to partial confinement has not been treated before. The higher eccentricity causes smaller confined concrete region in compression yielding smaller increase in strength of concrete. Accordingly, the ultimate eccentric confined strength is gradually reduced from the fully confined value $f_{cc}$ (at zero eccentricity) to the unconfined value $f^{\prime}_c$ (at infinite eccentricity) as a function of the ratio of compression area to total area of each eccentricity. This approach is used to implement an adaptive Mander model for analyzing eccentrically loaded columns. Generalization of the 3D moment of area approach is implemented based on proportional loading, fiber model and the secant stiffness approach, in an incremental-iterative numerical procedure to achieve the equilibrium path of $P-{\varepsilon}$ and $M-{\varphi}$ response up to failure. This numerical analysis is adapted to assess the confining effect in rectangular columns confined with conventional lateral steel. This analysis is validated against experimental data found in the literature showing good correlation to the partial confinement model while rendering the full confinement treatment unsafe.
Dry bridges have been widely applied in the Qinghai-Tibet Railway (QTR) to minimize the thermal disturbance of engineering to the permafrost. However, because the Qinghai-Tibet Plateau is an area with a high potential occurrence of earthquakes, seismic action can easily destroy the dry bridges. Therefore, a three-dimensional numerical model, with consideration of the soil-pile interactions, is established to investigate the thermal characteristics and their impact on the seismic response of the dry bridge in permafrost region along the QTR. The numerical results indicate that there exist significant differences in the lateral displacement, shear force, and bending moment of the piles in different thermal conditions under seismic action. When the active layer become from unfrozen to frozen state, the maximum displacement of the bridge pile reduces, and the locations of the zero and peak values of the shear force and bending moment also change. It is found that although the higher stiffness of frozen soil confines the lateral displacement of the pile, compared with unfrozen soil, it has an adverse effect on the earthquake energy dissipation capacity.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.16
no.4
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pp.37-52
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2012
In this study, a new 4-node general shell element with 6 DOFs per node is presented. Drilling rotational degrees of freedom are introduced by the variational principle with an independent rotation field. In formulation of the element, substitute transverse shear strain fields are used to avoid shear locking, while four nonconforming modes are applied in the in-plane displacement fields as a remedy for membrane locking. In addition, a direct modification method for nonconforming modes is employed in the numerical implementation of nonconforming modes to represent constant strain states. A 9-points integration rule is adopted for volume integration in the computation of the element stiffness matrix. With the combined use of these techniques, the developed shell element has no spurious zero energy modes, and can represent a constant strain state. Several numerical tests are carried out to evaluate the performance of the new element developed. The test results show that the behavior of the elements is satisfactory.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.47
no.10
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pp.705-711
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2019
Dynamic behaviors of the deployable composite reflector antenna are numerically and experimentally investigated. Equations of the motion are formalized using Kane's equation by considering multibody systems with two degrees of freedom such as folding and twisting angles. To interpret structural deformations of the reflector antenna, the composite reflector is modeled using a beam model with the FSDT(First-order Shear Deformation Theory). To determine design parameters such as a torsional spring stiffness and a damping coefficient depending on deployment duration, an inverted pendulum model is simply applied. Based on the determined parameters, dynamic characteristics of the deployable reflector are investigated. In addition, its results are verified and compared through deployment tests using a gravity compensation device.
The time-history finite element analysis is usually used to evaluate the seismic response of shallow foundations. However, the literature lacks studies on the influence of the soil constitutive model complexity on the seismic response of shallow foundations. This study, thus, aims to fill this gap by investigating the seismic response of shallow foundation resting on dry silica sand using the linear elastic (LE) model, elastic-perfectly-plastic (EPP) model, and hardening soil with small strain stiffness (HS small) model. These models have been used because it is intended to compare the results of a soil constitutive model that accurately captures the seismic response of the soil-structure interaction problems (which is the HS small model) with simpler models (the LE and EPP models) that are routinely used by practitioners in geotechnical designs. The results showed that the LE model produces a very small seismic settlement value which is approximately equal to zero. The EPP model predicts a seismic settlement higher than that produced using the HS small model for earthquakes with a peak ground acceleration (PGA) lower than 0.25 g for a relative density of 45% and 0.40 g for a relative density of 70%. However, the HS small model predicts a seismic settlement higher than the EPP model beyond the aforementioned PGA values with the difference between both models increases as the PGA rises. The results also showed that the LE and EPP models predict similar trend and magnitude of the acceleration-time relationship directly below the foundation, which was different than that predicted using the HS small model. The results reported in this paper provide a useful benchmark for future numerical studies on the response of shallow foundations subjected to seismic shake.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.35
no.6
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pp.343-349
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2022
This paper proposes a new topology optimization scheme to determine optimized joints for multi-component models. The joints are modeled as zero-length high-stiffness spring elements. The spring joints are considered as mesh-independent springs based on a joint-element interpolation scheme. This enables the changing of the location of the joints regardless of the connected nodes during optimization. Because the joints are movable, the locations of the optimized joints should be aggregated at several points. In this paper, the novel joint dispersal (JD) constraint to prevent joint clustering is proposed. With the joint dispersal constraint, it is possible to determine the optimized joint location as well as optimized topologies while maintaining the minimum distance between each joint. The mechanical compliance value is considered as the objective function. Several topology optimization examples are solved to demonstrate the effect of the joint dispersal constraint.
Lemya Hanifi Hachemi Amar;Abdelhakim Kaci;Aicha Bessaim;Mohammed Sid Ahmed Houari;Abdelouahed Tounsi
Structural Engineering and Mechanics
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v.89
no.3
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pp.225-238
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2024
In this paper, a quasi-3D hyperbolic shear deformation theory for the bending responses of a functionally graded (FG) porous micro-beam is based on a modified couple stress theory requiring only one material length scale parameter that can capture the size influence. The model proposed accounts for both shear and normal deformation effects through an illustrative variation of all displacements across the thickness and satisfies the zero traction boundary conditions on the top and bottom surfaces of the micro-beam. The effective material properties of the functionally graded micro-beam are assumed to vary in the thickness direction and are estimated using the homogenization method of power law distribution, which is modified to approximate the porous material properties with even and uneven distributions of porosity phases. The equilibrium equations are obtained using the virtual work principle and solved using Navier's technique. The validity of the derived formulation is established by comparing it with the ones available in the literature. Numerical examples are presented to investigate the influences of the power law index, material length scale parameter, beam thickness, and shear and normal deformation effects on the mechanical characteristics of the FG micro-beam. The results demonstrate that the inclusion of the size effects increases the microbeams stiffness, which consequently leads to a reduction in deflections. In contrast, the shear and normal deformation effects are just the opposite.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.3
no.3
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pp.9-20
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1999
A method is proposed to estimate the joint damages of a steel structure from modal data using the neural networks technique. The beam-to-column connection in a steel frame structure is represented by a zero-length rotational spring of the end of the beam element, and the connection fixity factor is defined based on the rotational stiffness so that the factor may be in the range 0~1.0. Then, the severity of joint damage is defined as the reduction ratio of the connection fixity factor. Several advanced techniques are employed to develop the robust damage identification technique using neural networks. The concept of the substructural indentification is used for the localized damage assessment in the large structure. The noise-injection learning algorithm is used to reduce the effects of the noise in the modal data. The data perturbation scheme is also employed to assess the confidence in the estimated damages based on a few sets of actual measurement data. The feasibility of the proposed method is examined through a numerical simulation study on a 2-bay 10-story structure and an experimental study on a 2-story structure. It has been found that the joint damages can be reasonably estimated even for the case where the measured modal vectors are limited to a localized substructure and the data are severely corrupted with noise.
In order to understand response of geo-structures to the freezing-thawing process in the ground, it is necessary to consider phase change of the pore water of the ground and also to understand soil interaction with structures. In this study, numerical analysis was carried out for freezing and thawing effect on the modular road system. Neumann's theoretical equation for freezing-thawing processes in porous media can be used to estimate frozen depth and heaving from basic soil properties and ground and surface temperature, but its application is limited to the case for the sediment with fully saturated condition and zero unfrozen water content. Numerical analysis of the modular road system was performed on various soil types and different ground water table as the varying freezing index. The amount of heaving in the silty soil was much larger than those in granite weathered soil or sandy soil, and lowering groundwater level reduced ground heaving induced by freezing. Numerical analysis for temperature history of the ground surface predicted residual heaving near the surface by the freeze-thaw process in silty soil. It ought to reduce stiffness and bearing capacity of the ground so that it will impair stability and serviceability of new road system. However, the amount of residual heaving was insignificant for the road system installed in weathered soil granite and sandy soil. Since modular road system is a pavement structure mounted on the supporting substructure unlike the prevalent road pavement system, strict criteria should be applied for uniform and differential settlement of the pavement system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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