In this paper, it is aimed to evaluate the earthquake angle influence on the seismic performance of steel highway bridges. Upper-deck steel highway bridge, which has arch type load bearing system with a total length of 216 m, has been selected as an application and analyzed using finite element methods. The bridge is subjected to 1992 Erzincan earthquake ground motion components in nineteen directions whose values range between 0 to 90 degrees, with an increment of 5 degrees. The seismic weight is calculated using full dead load plus 30% of live load. The variation of maximum displacements in each directions and internal forces such as axial forces, shear forces and bending moments for bridge arch and deck are attained to determine the earthquake angle influence on the seismic performance. The results show that angle of seismic input motion considerably influences the response of the bridge. It is seen that maximum arch displacements are obtained at X, Y and Z direction for $0^{\circ}$, $65^{\circ}$ and $5^{\circ}$, respectively. The results are changed considerably with the different earthquake angle. The maximum differences are calculated as 57.06%, 114.4% and 55.71% for X, Y and Z directions, respectively. The maximum axial forces, shear forces and bending moments are obtained for bridge arch at $90^{\circ}$, $5^{\circ}$ and $0^{\circ}$, respectively. The maximum differences are calculated as 49.12%, 37.37% and 51.50%, respectively. The maximum shear forces and bending moments are obtained for bridge deck at $0^{\circ}$. The maximum differences are calculated as 49.67%, and 49.15%, respectively. It is seen from the study that the variation of earthquake angle effect the structural performance of highway bridges considerably. But, there is not any specific earthquake angle of incidence for each structures or members which increases the value of internal forces of all structural members together. Each member gets its maximum value of in a specific angle of incidence.
This paper simulates the hysteretic behavior of steel reinforced recycled concrete (SRRC) columns under cyclic loads using OpenSees software. The effective fiber model and displacement-based beam-column element in OpenSees is applied to each SRRC columns. The Concrete01 material model for recycled aggregate concrete (RAC) and Steel02 material model is proposed to perform the numerical simulation of columns. The constitutive models of RAC, profile steel and rebars in columns were assigned to each fiber element. Based on the modelling method, the analytical models of SRRC columns are established. It shows that the calculated hysteresis loops of most SRRC columns agree well with the test curves. In addition, the parameter studies (i.e., strength grade of RAC, stirrups strength, steel strength and steel ratio) on seismic performance of SRRC columns were also investigated in detail by OpenSees. The calculation results of parameter analysis show that SRRC columns suffered from flexural failure has good seismic performance through the reasonable design. The ductility and bearing capacity of columns increases as the increasing magnitude of steel strength, steel ratio and stirrups strength. Although the bearing capacity of columns increases as the strength grade of RAC increases, the ductility and energy dissipation capacity decreases gradually. Based on the test and numerical results, the flexural failure mechanism of SRRC columns were analysed in detail. The computing theories of the normal section of bearing capacity for the eccentrically loaded columns were adopted to calculate the nominal bending strength of SRRC columns subjected to vertical axial force under lateral cyclic loads. The calculation formulas of horizontal bearing capacity for SRRC columns were proposed based on their nominal bending strength.
In recent years, due to the many advantages cable-stayed bridges have often constructed in medium and long span. These advantages can be listed as an aesthetically pleasing appearance, economic and easy construction, etc. The main structural elements of cable-stayed bridges are listed as deck, pylon, cables and foundation. Perhaps one of the most vital and expensive of these structural elements is stay-cables. Stay-cables ensure the allowable displacement and distribution of bending moments along the bridge deck with prestressing force. Therefore the optimum design of the stay-cables and prestressing force are very important in achieving the performance expected from the cable-stayed bridges. This paper aims to obtain the stay-cables size and prestressing force optimization of the cable-stayed bridge. For this purpose, single pylon and fan type cable configuration Manavgat Cable-Stayed Bridge was selected as an example. The three dimensional (3D) finite element model (FEM) of the bridge was created with SAP2000. Analysis of the 3D FEM of the bridge was conducted under the different combined effects of the self-weight of the structural element, prestressing force of stay-cable and live load. Stay-cable stress and deck displacement were taken into account as constraints for the optimization problem. To optimize this existing bridge a metaheuristic algorithm named Jaya was used in the optimization process. 3D FEM of the selected bridge was repeatedly analyzed by using Open Applicable Programming Interface (OAPI) properties of SAP2000. To carry out the optimization process the developed program which integrates the Jaya algorithm and the required codes for calling SAP2000 is coded in MATLAB. At the end of the study, the total weight of the stay-cables was reduced more than 40% according to existing stay cables under loads taken into account.
Seo, Su-Hong;Choi, Jin-Woo;Joo, Hyung-Joong;Nam, Jeong-Hun;Yoon, Soon-Jong
Composites Research
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v.27
no.3
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pp.103-108
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2014
Fiber reinforced polymer plastic (FRP) structural members are recently available in construction industries due to various material properties such as high specific strength and stiffness, light-weight, and corrosionresistance. The floating PV generation structure can also be an illustration for applying FRP in construction applications. The floating PV generation structure has been recently issued as a representative item for the low carbon and green growth campaign and many related studies have been conducted for the structural safety and commercial viability. Moreover, the floating PV generation structures for the commercial purpose have been constructed. In this paper, the investigation and development processes of elements for the floating PV generation structure are presented during commercialization.
Beams of steel frame-tube structures (SFTSs) typically have span-to-depth ratios of less than five. This makes a flexural beam unsuitable for such an application because the plastic hinges at the beam-ends cannot be adequately developed. This leads to lower ductility and energy dissipation capacities of SFTSs. To address this, SFTSs with bolted web-connected replaceable shear links (SFTS-BWSLs) are proposed. In this structural system, a web-connected replaceable shear link with a back-to-back double channel section is placed at the mid-length of the deep beam to act as a ductile fuse. This allows energy from earthquakes to be dissipated through link shear deformation. SFTS and SFTS-BWSL buildings were examined in this study. Several sub-structures were selected from each designed building and finite element models were established to study their respective hysteretic performance. The seismic behavior of each designed building was observed through static and dynamic analyses. The results indicate that the SFTS-BWSL and SFTS have similar initial lateral stiffness and shear leg properties. The SFTS-BWSL had lower strength, but higher ductility and energy dissipation capacities. Compared to the SFTS, the SFTS-BWSL had lower interstory drift, base shear force, and story shear force during earthquakes. This design approach could concentrate plasticity on the shear link while maintaining the residual interstory drift at less than 0.5%. The SFTS-BWSL is a reliable resistant system that can be repaired by replacing shear links damaged due to earthquakes.
Particle morphology change and different experimental condition analysis during composite fabrication process by traditional ball milling with discrete element method (DEM) simulation were investigated. A simulation of the three dimensional motion of balls in a traditional ball mill for research on the grinding mechanism was carried out by DEM simulation. We studied the motion of the balls, the ball behavior energy and velocity; the forces acting on the balls were calculated using traditional ball milling as simulated by DEM. The effect of the operational variables such as the rotational speed, ball material and size on the flow velocity, collision force and total impact energy were analyzed. The results showed that increased rotation speed with interaction impact energy between balls and balls, balls and pots and walls and balls. The rotation speed increases with an increase of the impact energy. Experiments were conducted to quantify the grinding performance under the same conditions. Furthermore, the results showed that ball motion affects the particle morphology, which changed from irregular type to plate type with increasing rotation speed. The evolution was also found to depend on the impact energy increase of the grinding media. These findings are useful to understand and optimize the particle motion and grinding behavior of traditional ball mills.
For the composite behavior of steel tube and inner concrete, the shear connectors should be applied to the CFT structures. However, the present design codes don't provide the design criteria that can be applied on shear connectors in the CFT structures typically filled with plain concrete. This study has been carried out to propose design criteria (shear strength and resistance factor) for the stud shear connectors in CFT structures. Experimental tests using the push-out specimens with the plain concrete blocks and finite element analysis were conducted for the purpose of verifying the main failure mode to propose the shear strength of studs in CFT structures. From the results of this study, the main failure mode of studs in CFT structures is splitting crack of concrete and this failure mode reduces shear strength of studs in CFT structures relatively to those embedded in RC blocks.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.18
no.4
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pp.67-76
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2014
In this study, the behavior of Steel Plate Concrete (SC) walls subjected to shear and axial forces to investigate the effects of shape and arrangement spacing of studs on the design of SC walls was analytically reviewed. For this purpose, 9 cases of finite element analyses considering the different shape and spacing of studs in SC wall were performed. The results showed that the steel plate was yielded at the lower load than the second yielding shear force of the design skeleton curve when the spacing of stud is excessively far from each other. It is also found that the shape of the stud did not affect the shear behavior of SC wall but, the spacing influenced to its composite action. In this study, it was also proven that the inclined shaped stud resists more effectively to the bucking load than the general shaped stud in SC wall.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.34
no.9
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pp.45-52
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2006
In this study, a nonlinear control by feedback linearization method, one of nonlinear control schemes based on the nonlinear model, is proposed to suppress the flutter of a supersonic composite panel using piezoelectric materials. Most of the previous panel flutter controllers are the LQR(Linear Quadratic Regulator) which is based on the linear model. A nonlinear feedback linearizing controller proposed in this study considers the nonlinear characteristics of the system model. We use the actuator implemented by piezoceramic PZT. Using the principle of virtual displacements and a finite element discretization with the conforming four-node rectangular element, we first derive the discretized dynamic equations of motion, which are transformed into a nonlinear coupled-modal equations of motion of state space form. The effectiveness of the proposed method is also compared with the LQR based on the linear model through numerical simulations in the time domain using the Newmark method.
Jang, Hyun-Gil;Nho, In Sik;Hong, Chang-Ho;Lee, Chang-Sup
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.49
no.6
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pp.528-533
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2012
Flexible composite propellers are subject to large deformation under heavy loading, and hence the hydrodynamic performance of deformed propeller might deviate from that of the metallic propeller under negligible deformation. To design the flexible propeller, it is therefore necessary to be able to evaluate the structural response of the blades to the hydrodynamic loadings, and then the influence of the blade deformation upon the hydrodynamic loadings. We use the lifting-surface-theory-based propeller analysis and design codes in solving the hydrodynamic problem, and the finite-element-method program formulated with 20-node iso-parametric solid elements for the analysis of the structural response. The two different hydrodynamic and structural programs are arranged to communicate through the carefully-designed interface scheme which leads to the derivation of the geometric parameters such as the pitch, the rake and the skew distributions common to both programs. The design of flexible propellers, suitable for manufacturing, is shown to perform the required thrust performance when deformed in operation. Sample design shows the fast iteration scheme and the robustness of the design procedure of the flexible propellers.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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