The aim of this paper concerns with the nonlinear analysis of cable-stayed bridges including the vibration effect of cable stays. Two models for the cable stay system are built up in the study. One is the OECS (one element cable system) model in which one single element per cable stay is used and the other is MECS (multi-elements cable system) model, where multi-elements per cable stay are used. A finite element computation procedure has been set up for the nonlinear analysis of such kind of structures. For shape finding of the cable-stayed bridge with MECS model, an efficient computation procedure is presented by using the two-loop iteration method (equilibrium iteration and shape iteration) with help of the catenary function method to discretize each single cable stay. After the convergent initial shape of the bridge is found, further analysis can then be performed. The structural behaviors of cable-stayed bridges influenced by the cable lateral motion will be examined here detailedly, such as the static deflection, the natural frequencies and modes, and the dynamic responses induced by seismic loading. The results show that the MECS model offers the real shape of cable stays in the initial shape, and all the natural frequencies and modes of the bridge including global modes and local modes. The global mode of the bridge consists of coupled girder, tower and cable stays motion and is a coupled mode, while the local mode exhibits only the motion of cable stays and is uncoupled with girder and tower. The OECS model can only offers global mode of tower and girder without any motion of cable stays, because each cable stay is represented by a single straight cable (or truss) element. In the nonlinear seismic analysis, only the MECS model can offer the lateral displacement response of cable stays and the axial force variation in cable stays. The responses of towers and girders of the bridge determined by both OECS- and MECS-models have no great difference.
Yun, Bok Hee;Lee, Eun Taik;Park, Ji Young;Jang, Kyong Ho
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.16
no.5
s.72
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pp.529-541
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2004
Concrete filled steel tube structures were recently used in constructing high-rise buildings due to their effectiveness. Studies on concrete filled steel tubes have been focused on the experiments of uni-axial compression and bending and eccentric compression. There were also a few studies that investigated CFT member behavior under combined compression and torsion. The behavior of a circular CFT column under combined torsion and compression was theoretically investigated, considering the confinement of steel tubes on the concrete, the softening of the concrete, and the spiral effect, which were the dominant factors that influenced compression and torsion strength. The biaxial stress effects due to diagonal cracking were also taken into account. By applying those factors to compatibility and equilibrium conditions, the basic equation was derived, and the equation could be used to incorporate the torsional behavior of the entire loading history of the CFT member.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.18
no.2
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pp.1-8
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2014
The present study proposes a simple equation to straightforwardly determine the potential plastic hinge length in boundary element of reinforced concrete shear walls. From the idealized curvature distribution along the shear wall length, a basic formula was derived as a function of yielding moment, maximum moment, and additional moment owing to diagonal tensile crack. Yielding moment and maximum moment capacities of shear wall were calculated on the basis of compatability of strain and equilibrium equation of internal forces. The development of a diagonal tensile crack at web was examined from the shear transfer capacity of concrete specified in ACI 318-11 provision and then the additional moment was calculated using the truss mechanism along the crack proposed by Park and Paulay. The moment capacities were simplified from an extensive parametric study; as a result, the equivalent plastic hinge length of shear walls could be formulated using indices of longitudinal tensile reinforcement at the boundary element, vertical reinforcement at web, and applied axial load. The proposed equation predicted accurately the measured plastic hinge length, providing that the mean and standard deviation of ratios between predictions and experiments are 1.019 and 0.102, respectively.
The heat-storage characteristics accompanied by exothermic reaction at the regeneration of $Ca(OH)_2$ in tile heat-storage mode of a chemical heat pump system using a $Ca(OH)_2/CaO$ reversible thermochemical reaction was examined in a lab-scale unit. In this heat-storage mode, the particle bed of CaO could be regenerated by heating the $Ca(OH)_2$ packed bed to the higher temperature at which the equilibrium pressure in the reactor is greater than the water vapor pressure in the condenser. The results are i) the dehydration, thermal decomposition, rate of $Ca(OH)_2$ was higher at the lower part of particle bed than at the upper part, ii) in the reactor, the dehydration was proceeded along radial and axial direction, from inner part to the outer part, which explains heat transfers from the center to wall and from the tenter to lower or upper part of reactor.
Rahgozar, Reza;Ahmadi, Ali Reza;Hosseini, Omid;Malekinejad, Mohsen
Structural Engineering and Mechanics
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v.40
no.1
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pp.65-84
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2011
In this paper a simple mathematical model for approximate static analysis of combined system of framed tube, shear core and two outrigger-belt truss structures subjected to lateral loads is presented. In the proposed methodology, framed tube is modeled as a cantilevered beam with a box section and interaction between shear core and outrigger-belt truss system with framed tube is modeled using torsional springs placed at location of outrigger-belt truss; these torsional springs act in a direction opposite to rotation generated by lateral loads. The effect of shear lag on axial deformation in flange is quadratic and in web it is a cubic function of geometry. Here the total energy of the combined system is minimized with respect to lateral deflection and rotation in plane section. Solution of the resulting equilibrium equations yields the unknown coefficients of shear lag along with the stress and displacement distributions. The results of a numerical example, 50 storey building subjected to three different types of lateral loading obtained from SAP2000 are compared to those of the proposed method and the differences are found to be reasonable. The proposed method can be used during the preliminary design stages of a tall building and can provide a better understanding of the effects of various parameters on the overall structural behavior.
Lakshmanan, N.;Saibabu, S.;Murthy, A. Rama Chandra;Ganapathi, S. Chitra;Jayaraman, R.;Senthil, R.
Computers and Concrete
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v.6
no.1
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pp.41-57
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2009
This paper presents the details of a novel external prestressing technique for strengthening of concrete members. In the proposed technique, transfer of external force is in shear mode on the end block thus creating a complex stress distribution and the required transverse prestressing force is lesser compared to conventional techniques. Steel brackets are provided on either side of the end block for transferring external prestressing force and these are connected to the anchor blocks by expansion type anchor bolts. In order to validate the technique, an experimental investigation has been carried out on post-tensioned end blocks. Performance of the end blocks have been studied for design, cracking and ultimate loads. Slip and slope of steel bracket have been recorded at various stages during the experiment. Finite element analysis has been carried out by simulating the test conditions and the responses have been compared. From the analysis, it has been observed that the computed slope and slip of the steel bracket are in good agreement with the corresponding experimental observations. A simplified analytical model has been proposed to compute load-deformation of the loaded steel bracket with respect to the end block. Yield and ultimate loads have been arrived at based on force/moment equilibrium equations at critical sections. Deformation analysis has been carried out based on the assumption that the ratio of axial deformation to vertical deformation of anchor bolt would follow the same ratio at the corresponding forces such as yield and ultimate. It is observed that the computed forces, slip and slopes are in good agreement with the corresponding experimental observations.
Generally the connection of members is defined as hinge or rigid. But, real joints on structure have to be considered semi-rigid connections because this permits relative rotation for members on joints. The purpose of this study is to derive a generalized tangential stiffness matrix of frames with semi-rigid connections and to develop a buckling analysis program. For the exact stiffness matrix, an accurate displacement field is introduced using an equilibrium equation for beam-columns under the bending and axial forces. Also, stability functions that consider sway deformation and force-displacement relations with rotational spring on ends were defined. In order to illustrate the accuracy of this study and the characteristics of semi-rigid for system buckling load, samples of angle-, portal- and 3-story frames with semi-rigid connections are presented, where the proposed approach is found to be in excellent agreement with other research results. Meanwhile, the application of codes such as Eurocode 3 and LRFD led to significant inaccuracies.
Do, Manseok;Nguyen, Xuan Ha;Jang, Seongdong;Kim, Yonghee
Nuclear Engineering and Technology
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v.52
no.5
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pp.869-877
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2020
A 24-month Advanced Power Reactor 1400 (APR1400) core with a very-low-boron (VLB) concentration has been investigated for an inherently safe and high-performance PWR in this work. To develop a high-performance APR1400 which is able to do the passive frequency control operation, VLB feature is essential. In this paper, the centrally-shielded burnable absorber (CSBA) is utilized for an efficient VLB operation in the 24-month cycle APR1400 core. This innovative design of the VLB APR1400 core includes the optimization of burnable absorber and loading pattern as well as axial cutback for a 24-month cycle operation. In addition to CSBA, an Er-doped guide thimble is also introduced for partial management of the excess reactivity and local peaking factor. To improve the neutron economy of the core, two alternative radial reflectors are adopted in this study, which are SS-304 and ZrO2. The core reactivity and power distributions for a 2-batch equilibrium cycle are analyzed and compared for each reflector design. Numerical results show that a VLB core can be successfully designed with 24-month cycle and the cycle length is improved significantly with the alternative reflectors. The neutronic analyses are performed using the Monte Carlo Serpent code and 3-D diffusion code COREDAX-2 with the ENDF/B-VII.1.
Elastic bending of imperfect functionally graded sandwich plates (FGSPs) laying on the Winkler-Pasternak foundation and subjected to sinusoidal loads is analyzed. The analyses have been established using the quasi-3D sinusoidal shear deformation model. In this theory, the number of unknowns is condensed to only five unknowns using integral-undefined terms without requiring any correction shear factor. Moreover, the current constituent material properties of the middle layer is considered homogeneous and isotropic. But those of the top and bottom face sheets of the graded porous sandwich plate (FGSP) are supposed to vary regularly and continuously in the direction of thickness according to the trigonometric volume fraction's model. The corresponding equilibrium equations of FGSPs with simply supported edges are derived via the static version of the Hamilton's principle. The differential equations of the system are resolved via Navier's method for various schemes of FGSPs. The current study examine the impact of the material index, porosity, side-to-thickness ratio, aspect ratio, and the Winkler-Pasternak foundation on the displacements, axial and shear stresses of the sandwich structure.
Zheng Tan;Wei-hui Zhong;Bao Meng;Li-min Tian;Yao Gao;Yu-hui Zheng;Hong-Chen Wang
Steel and Composite Structures
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v.50
no.1
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pp.107-122
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2024
Following an internal column failure, adjacent double-span beams above the failed column will play a critical role in the load transfer and internal force redistribution within the remaining structure, and the span-to-depth ratios of double-span beams significantly influence the structural resistance capacity against progressive collapse. Most existing studies have focused on the collapse-resistant performances of single-story symmetric structures, whereas limited published works are available on the collapse resistances of multi-story steel frames with unequal spans. To this end, in this study, numerical models based on shell elements were employed to investigate the structural behavior of multi-story steel frames with unequal spans. The simulation models were validated using the previous experimental results obtained for single- and two-story steel frames, and the load-displacement responses and internal force development of unequal-span three-story steel frames under three cases were comprehensively analyzed. In addition, the specific contributions of the different mechanism resistances of unequal-span, double-span beams of each story were separated quantitatively using the energy equilibrium theory, with an aim to gain a deeper level of understanding of the load-resistance mechanisms in the unequal-span steel frames. The results showed that the axial and flexural mechanism resistances were determined by the span ratio and linear stiffness ratio of double-span beams, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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