According to the structure characteristics of the non-uniform beam bridge, a practical model for calculating the vibration equation of the non-uniform beam bridge is given and the application scope of the model includes not only the beam bridge structure but also the non-uniform beam with added masses and elastic supports. Based on the Bernoulli-Euler beam theory, extending the application of the modal perturbation method and establishment of a semi-analytical method for solving the vibration equation of the non-uniform beam with added masses and elastic supports based is able to be made. In the modal subspace of the uniform beam with the elastic supports, the variable coefficient differential equation that describes the dynamic behavior of the non-uniform beam is converted to nonlinear algebraic equations. Extending the application of the modal perturbation method is suitable for solving the vibration equation of the simply supported and continuous non-uniform beam with its arbitrary added masses and elastic supports. The examples, that are analyzed, demonstrate the high precision and fast convergence speed of the method. Further study of the timesaving method for the dynamic characteristics of symmetrical beam and the symmetry of mode shape should be developed. Eventually, the effects of elastic supports and added masses on dynamic characteristics of the three-span non-uniform beam bridge are reported.
This paper investigates the dynamic characteristics of a beam axially moving over multiple elastic supports. The spectral element matrix is derived first for the axially moving beam element and then it is used to formulate the spectral element matrix for the moving beam element with an interim elastic support. The moving speed dependance of the eigenvalues is numerically investigated by varying the applied axial tension and the stiffness of the elastic supports. Numerical results show that the fundamental eigenvalue vanishes first at the critical moving speed to generate the static instability.
Park, Nam-Gyu;Lee, Seong-Ki;Kim, Hyeong-Koo;Park, Ki-Sung
Journal of Mechanical Science and Technology
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제18권5호
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pp.733-741
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2004
Vibration behavior of an initially stressed beam on discretely spaced multiple elastic supports has been studied and a theoretical formulation of the system is derived using the variational principle. Unlike beams on an elastic foundation, discretely spaced supports can distort the beam mode shapes when the supports have rather large stiffness, i.e. usually expected beam modes cannot be obtained, but rather irregular mode shapes are observed. Conversely, irregular modes can be recovered by changing initial stress. Since support location is closely associated with the dynamic characteristics, this work also discusses eigenvalue sensitivity with respect to the support position and some numerical examples are investigated to illustrate the above findings.
Vibration of a beam translating over supports in vertical motion is investigated in this paper. Equations of motion are formulated using the virtual work principle by regarding the supports as kinematical constraints imposed on an unrestrained beam and by discretizing the beam via the assumed mode method. Differential-algebraic equations of motion are derived and reduced to differential equations in independent generalized coordinates by the generalized coordinate partitioning method. Geometric stiffness of the beam due to translating motion is considered and how the geometric stiffness of beam affects dynamic stability is also investigated. Instability of the beam. in various conditions is also investigated using Floquet theory and then the results are verified through the dynamic response analysis. Results of numerical simulation are presented for various prescribed motions of the beam.
The free vibration of functionally graded material (FGM) beams on an elastic foundation and spring supports is investigated. Young's modulus, mass density and width of the beam are assumed to vary in thickness and axial directions respectively following the exponential law. The spring supports are also taken into account at both ends of the beam. An analytical formulation is suggested to obtain eigen solutions of the FGM beams. Numerical analyses, based on finite element method by using a beam finite element developed in this study, are performed in order to show the legitimacy of the analytical solutions. Some results for the natural frequencies of the FGM beams are given considering the effect of various structural parameters. It is also shown that the spring supports show the greatest effect on the natural frequencies of FGM beams.
터널의 경우 지보재의 파괴가 터널의 파괴를 유발할 수 있으므로 지보재의 파괴가 고려된 안전율을 산정하는 것이 중요하다. 기존의 연구에서는 지보재의 파괴를 고려한 터널의 안전율 산정에 있어서 보 (beam)요소로 모델링하여 지보재의 파괴를 지보재에 발생하는 휨 응력과 허용응력을 비교하여 파괴를 고려하였다. 본 연구에서는 2차원 해석이 수행되었으며, 지보재를 보 (탄성)요소와 연속체 (탄소성)요소로 나누어 모델링하였고, 암반등급, 측압계수, 숏크리트 두께, 록볼트의 영향, 굴착방법이 터널의 안전율에 미치는 영향을 분석하여 적정 지보재의 모델링 방법을 제시하였다.
This paper deals with dynamic response of a beam structure with discrete spring-damper supports under a moving mass. Governing equations of motion taking into account of all inertia effects of the moving mass were derived by Galerkin's mode summation method, and Runge-Kutta integration method was applied to solve the differential equations. The effects of the speed of the moving mass, spring stiffness, damping coefficient, span number of a beam structure, mass ratio of the moving mass on the dynamic response of the beam structure have been studied. Some numerical results provide design engineers for the beam structure design with discrete supports under a moving mass.
This paper investigates the dynamic characteristics of a beam axially moving over multiple elastic supports. The spectral element matrix is derived first for the axially moving beam element and then it is used to formulate the spectral element matrix for the moving beam element with an interim elastic support. The moving speed dependance of the eigenvalues is numerically investigated by varying the applied axial tension and the stiffness of the elastic supports. Numerical results show that the fundamental eigenvalue vanishes first at the critical moving speed to generate the static instability.
Varshney, L.K.;Patel, K.A.;Chaudhary, Sandeep;Nagpal, A.K.
Structural Engineering and Mechanics
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제70권6호
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pp.751-763
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2019
Steel-concrete composition is widely used in the construction due to efficient utilization of materials. The service load behavior of composite structures is significantly affected by cracking, creep and shrinkage effects in concrete. In order to control these effects in concrete slab, an efficient and novel strategy has been proposed by use of fiber reinforced concrete near interior supports of a continuous beam. Numerical study is carried out for the control of cracking, creep and shrinkage effects in composite beams subjected to service load. A five span continuous composite beam has been analyzed for different lengths of fiber reinforced concrete near the interior supports. For this purpose, the hybrid analytical-numerical procedure, developed by the authors, for service load analysis of composite structures has been further improved and generalized to make it applicable for composite beams having spans with different material properties along the length. It is shown that by providing fiber reinforced concrete even in small length near the supports; there can be a significant reduction in cracking as well as in deflections. It is also observed that the benefits achieved by providing fiber reinforced concrete over entire span are not significantly more as compared to the use of fiber reinforced concrete in certain length of beam near the interior supports in continuous composite beams.
The safety factor of a tunnel considering the failure of supports is important because the failure of supports might cause the collapse of the tunnel. In the previous studies, shotcrete was modelled as beam elements and the failure of the shotcrete was checked according to the allowable working stress concept. In this study, shotcrete was modelled by both beam elements and continuum (elasto-plastic) elements. Safety factors of tunnels were estimated by two dimensional numerical analysis with varying rock mass class, coefficient of lateral pressure, thickness of shotcrete, rock bolt reinforcement and excavation method. Also the study suggested not only a proper amount of supports but also modelling method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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