This paper presents a new simple two-dimensional frame finite element able to accurately estimate the load-carrying capacity of reinforced concrete beams flexurally strengthened externally bonded fiber reinforced polymer (FRP) strips and plates. The proposed analysis model considers distributed plasticity with layer-discretization of the cross-sections and the bond-slip behavior of epoxy layer. The proposed model is used to predict the load-carrying capacity and the applied load-midspan deflection response of RC beams subjected to bending loading. Numerical simulations and experimental measurements are compared based on numerous tests available in the literature and published by different authors. The numerically simulated response agree remarkably well with the corresponding experimental results. Thus, the proposed model is suitable for efficient and accurate modeling and analysis of flexural strengthening of RC beams with externally bonded FRP sheets/plates and for practical use in design-oriented parametric studies.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.16
no.5
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pp.100-105
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2008
In the design process of an automobile part, several analysis methods are usually utilized to evaluate the performance of the part. However, most automobile design engineers do not directly utilize CAE (Computer Aided Engineering) tools since specific skills are required to obtain practical results. Moreover, CAE requires a huge amount of computation time and cost. In order to resolve these problems, a new design approach named First Order Analysis (FOA) technique has been proposed. In this paper, the FOA technique is employed to design a vehicle sub-frame. An equivalent model of the vehicle sub-frame which only consists of beam elements is proposed and the modal properties obtained with the model are compared to those obtained with a full scale finite element model. The effect of some parameter tolerances on the modal characteristics of the vehicle sub-frame is investigated by employing the FOA equivalent model.
This paper presents a simplified model to capture the nonlinear behavior of steel frames depending on the spread of plasticity method. New interaction formulae were derived to evaluate the plastic strength for I-shaped steel sections under uniaxial bending moment and axial compression load. Also, new empirical formulae were derived to evaluate the tangent stiffness modulus of steel I-shaped cross-sections considering the effect of the residual stresses suggested by the specifications in European Convention for Construction Steelworks (ECCS). The secant stiffness which depends on the tangent modulus is used to evaluate the internal forces. Based on stiffness matrix method, a finite element analysis program was developed for the nonlinear analysis of space steel frames using the derived formulae. Comparison between the proposed model results with those given by the fiber model shows very good agreement. Numerical examples were introduced to verify, check the accuracy, and evaluate the efficiency of the proposed model. The analysis results show that the new proposed model is accurate and able to minimize the solution time.
The latest earthquake's costly repairs and economic disruption were brought on by excessive residual drift. Self-centering systems are one of the most efficient ways in the current generation of seismic resistance system to get rid of and reduce residual drift. The mechanics and behavior of the self-centering system in response to seismic forces were impacted by a number of important factors. The amount of post-tensioning (PT) force, which is often employed for the standing posture after an earthquake, is the first important component. The energy dissipater element is another one that has a significant impact on how the self-centering system behaves. Using the damper as a replaceable and affordable tool and fuse in self-centering frames has been recommended to boost energy absorption and dampening of structural systems during earthquakes. In this research, the self-centering steel moment frame connections are equipped with cushion flexural dampers (CFDs) as an energy dissipator system to increase energy absorption, post-yielding stiffness, and ease replacement after an earthquake. Also, it has been carefully considered how to reduce permanent deformations in the self-centering steel moment frames exposed to seismic loads while maintaining adequate stiffness, strength, and ductility. After confirming the FE model's findings with an earlier experimental PT connection, the behavior of the self-centering connection using CFD has been surveyed in this study. The FE modeling takes into account strands preloading as well as geometric and material nonlinearities. In addition to contact and sliding phenomena, gap opening and closing actions are included in the models. According to the findings, self-centering moment-resisting frames (SF-MRF) combined with CFD enhance post-yielding stiffness and energy absorption with the least amount of permeant deformation in a certain CFD thickness. The obtained findings demonstrate that the effective energy dissipation ratio (β), is increased to 0.25% while also lowering the residual drift to less than 0.5%. Also, this enhancement in the self-centering connection with CFD's seismic performance was attained with a respectable moment capacity to beam plastic moment capacity ratio.
The final goal of this research is to establish the relative dangerousness D/B for factors on seakeeping performance. This D/B is essential to develope the seakeeping performance evaluation system built-on-ship. The system is composed of the apparatus for measuring a vertical acceleration to be generated by the ship's motions, computer for calculating the synthetic seakeeping performance index and monitor for displaying the evaluating diagram of navigational safety of ship. In this paper, a methodology on the establishment of the relative dangerousness D/B for factors on seakeeping performance is presented by a numerical simulations, playing an important role on the algorithm of the program for calculating the synthetic seakeeping performance index. Finally, It is investigated whether the relative dangerousness D/B can be realized an accurate values according to the loading conditions, weather conditions, wave directions end present ship's speed of a model ship.
In the current study, the influence of the initial lateral (sweep) shape and the cross-sectional twist imperfection on the lateral torsional buckling (LTB) response of doubly-symmetric steel I-beams was investigated. The material imperfection (residual stress) was not considered. For this objective, standard European IPN 300 beam with different unbraced span was numerically analyzed for three imperfection cases: (i) no sweep and no twist (perfect); (ii) three different shapes of global sweep (half-sine, full-sine and full-parabola between the end supports); and (iii) the combination of three different sweeps with initial sinusoidal twist along the beam. The first comparison was done between the results of numerical analyses (FEM) and both a theoretical solution and the code lateral torsional buckling formulations (EC3 and AISC-LRFD). These results with no imperfection effects were then separately compared with three different shapes of global sweep and the presence of initial twist in these sweep shapes. Besides, the effects of the shapes of initial global sweep and the inclusion of sinusoidal twist on the critical buckling load of the beams were investigated to unveil which parameter was considerably effective on LTB response. The most compatible outcomes for the perfect beams was obtained from the AISC-LRFD formulation; however, the EC-3 formulation estimated the $P_{cr}$ load conservatively. The high difference from the EC-3 formulation was predicted to directly originate from the initial imperfection reduction factor and high safety factor in its formulation. Due to no consideration of geometric imperfection in the AISC-LFRD code solution and the theoretical formulation, the need to develop a practical imperfection reduction factor for AISC-LRFD and theoretical formulation was underlined. Initial imperfections were obtained to be more influential on the buckling load, as the unbraced length of a beam approached to the elastic limit unbraced length ($L_r$). Mode-compatible initial imperfection shapes should be taken into account in the design and analysis stages of the I-beam to properly estimate the geometric imperfection influence on the $P_{cr}$ load. Sweep and sweep-twist imperfections led to 10% and 15% decrease in the $P_{cr}$ load, respectively, thus; well-estimated sweep and twist imperfections should considered in the LTB of doubly-symmetric steel I-beams.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.17
no.6
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pp.50-60
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2013
Dynamic response of steel plate girder bridges by KL-510 design truck in KHBDC considering the road surface roughness of bridges and bridge-vehicle interaction is investigated. Simply supported steel plate girder bridges with span length of 20m, 30m, and 40m from "Standard Highway Bridge Superstructure" published by the Korean Ministry of Construction are used for a bridge model, and ten sets of the road surface roughness of bridge deck are generated from power spectral density (PSD) function by assuming the roadway as "Average Road". A three dimensionally modeled 5-axle tractor-trailer with its gross weight, which is the same as that of KL-510 design truck, is used for dynamic analysis. For the finite element modeling of superstructure, beam element for the main girder, shell element for the concrete deck, and rigid link between main girder and concrete deck are used. Impact factor and DLA of steel plate girder bridges for different span are calculated by the proposed numerical analysis model and compared with those specified by several bridge codes.
This study provides a simplified method for the evaluation of shear lag stress in rectangular box T-joints. The occurrence of shear lag phenomenon in the box T-joint generates stress concentration localized at both web-flange junctions of the beam, which leads to cracking or failure in the weld region of the joint. To prevent such critical circumstance, peak stress at the weld region is required to be checked during a preliminary design stage. In this paper, the shear lag stresses in the T-joints were evaluated using least-work solution in which the longitudinal displacements of the beam flange and web were presumed. The evaluation process considered particularly the effect of column flange flexibility, which was represented by an axial spring model, on the shear lag stress distribution. A simplified method for stress evaluation was provided to avoid solving complex mathematical problems using a stress modification factor βs from a parametric study. The results showed that the proposed method was valid for predicting the shear lag stress in the box T-joints manually, as well compared with finite element results. The results are further summarized, discussed, and clarified that more flexible column flange caused higher stress concentration.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2001.09a
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pp.117-124
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2001
A simplified method fur the eigenpair sensitivities of damped system with multiple eigenvalues is presented. This approach employs a reduced equation to determine the sensitivities of eigenpairs of the damped vibratory systems with multiple natural frequencies. In the proposed method, adjacent eigenvectors and orthonormal conditions are used to compute an algebraic equation whose order is (n+m)x(n+m), where n is the number of coordinates and m the number of multiplicity of multiple natural frequencies. The proposed method is an improved Lee and Jung's method which was developed previously. Two equations are used to find eigenvalue derivatives and eigenvector derivatives in Lee and Jung's method. A significant advantage of this approach over Lee and Jung's method is that one algebraic equation newly developed is enough to compute such eigenvalue derivatives and eigenvector derivatives. This method can be consistently applied to both structural systems with structural design parameters and mechanical systems with lumped design parameters. To demonstrate the theory of the proposed method and its possibilities in the case of multiple eigenvalues, the finite element model of the cantilever beam and 5-DOF mechanical system in the case of a non-proportionally damped system are considered as numerical examples. The design parameter of the cantilever beam is its height. and that of the 5-DOF mechanical system is a spring.
Bridge bearings are important connection elements between bridge superstructures and substructures, whose health states directly affect the performance of the bridges. This paper systematacially presents a new method to identify the bridge bearing damage based on the neural network theory. Firstly, based on the analysis of different damage types, a description of the bearing damage is introduced, and a uniform description for all the damage types is given. Then, the feasibility and sensitivity of identifying the bearing damage with bridge vibration modes are investigated. After that, a Radial Basis Function Neural Network (RBFNN) is built, whose input and output are the beam modal information and the damage information, respectively. Finally, trained by plenty of data samples formed by the numerical method, the network is employed to identify the bearing damage. Results show that the bridge bearing damage can be clearly reflected by the modal information of the bridge beam, which validates the effectiveness of the proposed method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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