A new hybrid damping technique for vibration reduction in flexible structures, wherein a combination of layers of hard passive damping alloys and active (smart) magnetostrictive material is used to reduce vibrations, is proposed. While most conventional vibration control treatments are based exclusively on either passive or active based systems, this technique aims to combine the advantages of these systems and simultaneously, to overcome the inherent disadvantages in the individual systems. Two types of combined damping systems are idealized and studied here, viz., the Noninteractive system and the Interactive system. Frequency domain studies are carried out to investigate their performance. Finite element simulations using previously developed smart beam elements are carried out on typical metallic and laminated composite cantilever beams treated with hybrid damping. The influence of various parameters like excitation levels, frequency (mode) and control gain on the damping performance is investigated. It is shown that the proposed system could be used effectively to dampen the structural vibration over a wide frequency range. The interaction between the active and passive damping layers is brought out by a comparative study of the combined systems. Illustrative comparisons with 'only passive' and 'only active' damping schemes are also made. The influence and the mode dependence of control gain in a hybrid system is clearly illustrated. This study also demonstrates the significance and the exploitation of strain dependency of passive damping on the overall damping of the hybrid system. Further, the influence of the depthwise location of damping layers in laminated structures is also investigated.
The concept design of the typha strawbale masonry came up as a result of the urgent demand for a means of constructing sustainable buildings, both in rural and urban settlement, not only suitable for dwellers but for keeping farm products by structures that will respond to the environmental eco-system, coupled with the fact that such structures are also affordable, durable and easy to maintain during their service period. The effects of contact between plaster and the stacked strawbale of a masonry needs to be established and design optimization for durability and stability of the masonry be obtained. The assessment will involve the application of plaster materials (cement and natural earth) to the wall specimen panels. Past works have shown that plastered strawbale walls have adequate resistance against the appropriate vertical loads, and further showed that the earth plaster can bear higher stress than the cement plastered straw bale. There is the implication that the collapse or response of the earth-strawbale wall is significantly higher compared to that of cement-strawbale from other straw-based masonries. Therefore the allowable stresses of plastered typha strawbale shall be predicted for their optimum values using SAP2000. The stress stability of each masonry is obtained by analytical model using the best fit variables for the wall height and thickness.
This paper presents the experimental and numerical study on the distribution of transverse and longitudinal residual stresses in cold-formed thick-walled structural steel rectangular hollow sections manufactured by indirect technique. Hole-drilling method is employed to measure the magnitude of the transverse and longitudinal surface residual stress distribution, and the effects of the residual stresses are evaluated qualitatively by sectioning method. It is shown that compared to normal cold-formed thin-walled structural hollow sections (SHS), the cold-formed thick-walled SHS has similar level of residual stress in the flat area but higher residual stresses in the corner and welding areas. Both the transverse and longitudinal residual stresses tend to open the section. In order to predict the surface residual stresses in the corners of the cold-formed thick-walled SHS, an analytical model is developed. 2D finite element simulation of the cold bending process is conducted to validate the analytical approach. It is shown that in analyzing bending for thick-walled sections, shifting of neutral axis must be considered, since it would lead to nonlinear and non-symmetrical distribution of stresses through the thickness. This phenomenon leads to the fact that cold-formed thick-walled SHSs has different distribution and magnitude of the residual stresses from the cold-formed thin-walled SHSs.
The rigid steel connections were suffered severe damage because of low rotational capacity during earthquakes. Hence, many investigations have been conducted on the connections of steel structures. As a solution, steel slit dampers were employed at the connections to prevent brittle failure of connections and damage of main structural members. Slit damper is a plate or a standard section with a number of slits in the web. The objective of this paper is to improve the seismic performance of steel slit dampers in the beam-to-column connection using finite element modeling. With reviewing the previous investigations, it is observed that slit dampers were commonly fractured in the end parts of the struts. This may be due to the low participation of struts middle parts in the energy dissipation. Thus, in the present study slit damper with elliptic slits is proposed in such a way that end parts of struts have more energy absorption area than struts middle parts. A parametric study is conducted to investigate the effects of geometric parameters of elliptic slit damper such as strut width, strut height and plate thickness on the seismic performance of the beam-to-column connection. The stress distribution is improved along the struts in the proposed slit damper with elliptic slits and the stress concentration is decreased in the end parts of struts. The average contributions of elliptic slit dampers, beam and other sections to the energy dissipation are about 97.19%, 2.12% and 0.69%, respectively.
Although a lot of experimental and analytical investigations have been carried out for steel bridge piers made of SS400 and SM490, the formulas available for SS400 and SM490 are not suitable for evaluating ultimate load and deformation capacities of steel bridge piers made of high strength steel (HSS) SM570. The effect of various parameters is investigated in this paper, including plate width-to-thickness ratio, column slenderness ratio and axial compression force ratio, on the ultimate load and deformation capacities of steel bridge box piers made of SM570 steel subjected to cyclic loading. The elasto-plastic behavior of the steel bridge piers under cyclic loads is simulated through plastic large deformation finite element analysis, in which a modified two-surface model (M2SM) including cyclic hardening is employed to trace the material nonlinearity. An extensive parametric study is conducted to study the influences of structural parameters on the ultimate load and deformation capacities. Based on these analytical investigations, new formulas for predicting ultimate load and deformation capacities of steel bridge piers made of SM570 are proposed. This study extends the ultimate load and deformation capacities evaluation of steel bridge piers from SS400, SM490 steels to SM570 steel, and provides some useful suggestions.
Progressive building collapse occurs when failure of a structural component leads to the failure and collapse of surrounding members, possibly promoting additional failure. Global system collapse will occur if the damaged system is unable to reach a new static equilibrium configuration. The most common type of primary failure which led to the progressive collapse phenomenon, is the sudden removal of a column by various factors. In this study, a method is proposed to prevent progressive collapse phenomena in structures subjected to removal of a single column. A vierendeel peripheral frame at roof level is used to redistribute the removed column's load on other columns of the structure. For analysis, quasi-static approach is used which considers various load combinations. This method, while economically affordable is easily applicable (also for new structures as well as for existing structures and without causing damage to their architectural requirements). Special emphasis is focused on the evolution of vertical displacements of column removal point. Even though additional stresses and displacements are experienced by removal of a structural load bearing column, the proposed method considerably reduces the displacement at the mentioned point and prevents the collapse of the structural frame.
Flush end-plate (FEP) beam-to-column joints are commonly used for gravity load resisting parts in steel multi-storey buildings. However, in seismic resisting structures FEP joints should also provide rotation capacity consistent with the global structural displacements. The current version of EN1993-1-8 recommends a criterion aiming at controlling the thickness of the end-plate in order to avoid brittle failure of the connection, which has been developed for monotonic loading conditions assuming elastic-perfectly plastic behaviour of the connection's components in line with the theory of the component method. Hence, contrary to the design philosophy of the hierarchy of resistances implemented in EN1998-1, the over strength and the hardening of the plastic components are not directly accounted for. In light of these considerations, this paper describes and discusses the results obtained from parametric finite element simulations aiming at investigating the moment-rotation response of FEP joints under cyclic actions. The influence of bolt diameter, thickness of end-plate, number of bolt rows and shape of beam profile on the joint response is discussed and design requirements are proposed to enhance the ductility of the joints.
In order to improve the efficiency of the Reinforced Concrete, RC, structures against progressive collapse, this paper proposes a procedure using alternate path and specific local resistance method to resist progressive collapse in intermediate RC frame structures. Cap truss consists of multiple trusses above a suddenly removed structural element to restrain excessive collapse and provide an alternate path. Steel strut is used as a brace to resist compressive axial forces. It is similar to knee braces in the geometry, responsible for enhancing ductility and preventing shear force localization around the column. In this paper, column removals in the critical position at the first story of two 5 and 10-story regular buildings strengthened using steel strut or cap truss are studied. Based on nonlinear dynamic analysis results, steel strut can only decrease vertical displacement due to sudden removal of the column at the first story about 23%. Cap truss can reduce the average vertical displacement and column axial force transferred to adjacent columns for the studied buildings about 56% and 61%, respectively due to sudden removal of the column. In other words, using cap truss, the axial force in the removed column transfers through an alternate path to adjacent columns to prevent local or general failure or to delay the progressive collapse occurrence.
In this study, a new empirical method is presented to obtain Dynamic Increase Factor (DIF) in nonlinear static analysis of structures against sudden removal of a gravity load-bearing element. In this method, DIF is defined as a function of minimum ratio of difference between maximum moment capacity ($M_u$) and moment demand ($M_d$) to plastic moment capacity ($M_p$) under unamplified gravity loads of elements. This function determines the residual strength of a damaged building before amplified gravity loads. For each column removal location, a nonlinear dynamic analysis and a step-by-step nonlinear static analysis are carried out and the modified empirical DIF formulas are derived, which correspond to the ratio min $[(M_u-M_d)/M_p]$ of beams in the bays immediately adjacent to the removed column, and at all floors above it. Therefore, the new DIF can be used with nonlinear static analysis instead of nonlinear dynamic analysis to assess the progressive collapse potential of a moment frame structure. The proposed DIF formulas can estimate the real residual strength of a structure based on critical member.
This paper is presented to solve the buckling problem of functionally graded truncated conical shells subjected to displacement-dependent pressure which remains normal to the shell middle surface throughout the deformation process by the semi-analytical finite strip method. Material properties are assumed to be temperature dependent, and varied continuously in the thickness direction according to a simple power law distribution in terms of the volume fraction of a ceramic and metal. The governing equations are derived based on first-order shear deformation theory which accounts for through thickness shear flexibility with Sanders-type of kinematic nonlinearity. The element linear and geometric stiffness matrices are obtained using virtual work expression for functionally graded materials. The load stiffness also called pressure stiffness matrix which accounts for variation of load direction is derived for each strip and after assembling, global load stiffness matrix of the shell which may be un-symmetric is formed. The un-symmetric parts which are due to load non-uniformity and unconstrained boundaries have been separated. A detailed parametric study is carried out to quantify the effects of power-law index of functional graded material and shell geometry variations on the difference between follower and non-follower lateral buckling pressures. The results indicate that considering pressure stiffness which arises from follower action of pressure causes considerable reduction in estimating buckling pressure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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