In this study an approximate method based on the continuum approach and transfer matrix method for static and dynamic analyses of stiffened multi-bay coupled shear walls is presented. In this method the whole structure is idealized as a sandwich beam. Initially the differential equation of this equivalent sandwich beam is written then shape functions for each storey is obtained by the solution of differential equations. By using boundary conditions and storey transfer matrices which are obtained by these shape functions, system modes and periods can be calculated. Reliability of the study is shown with a few examples. A computer program has been developed in MATLAB and numerical samples have been solved for demonstration of the reliability of this method. The results of the samples show the agreement between the present method and the other methods given in literature.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.3
no.2
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pp.29-40
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1999
This study presents a simplifled calculation method for required ductility of coupling beams in precast coupled shear walls at preliminary seismic design stages. Deflection of precast coupled shear walls based on a continuum approach is combined with inelastic gap opening of horizontal connection of panels to provide a relationship between the system-level ductility and the element-level ductility in a precast coupled shear wall. The equation proposed herein for ductility requirement for coupling beams shows that higher stiffness and lower strength of coupling beams result in high ductility reuqirement. The equation also shows that the ductility requirement is proportional to the degree of gap opening of the story in question. However, the coupling beam ductility in higher stories are not affected by gap openings of horizontal connections of panel.
This paper is intended to investigate interaction response of a train running over a suspension bridge undergoing support settlements. The suspension bridge is modeled as a single-span suspended beam with hinged ends and the train as successive moving oscillators with identical properties. To conduct this dynamic problem with non-homogeneous boundary conditions, this study first divides the total response of the suspended beam into two parts: the static and dynamic responses. Then, the coupled equations of motion for the suspended beam carrying multiple moving oscillators are transformed into a set of nonlinearly coupled generalized equations by Galerkin's method, and solved using the Newmark method with an incremental-iterative procedure including the three phases: predictor, corrector, and equilibrium-checking. Numerical investigations demonstrate that the present iterative technique is available in dealing with the dynamic interaction problem of vehicle/bridge coupling system and that the differential movements of bridge supports will significantly affect the dynamic response of the running vehicles but insignificant influence on the bridge response.
Coupled porous curved beams, due to their low weight and high flexibility, have many applications in engineering. This study investigates the vibration behavior of coupled porous curved beams in different boundary conditions. The system consists of two curved beams connected by a mid-layer of elastic springs. These beams are made of various materials, such as homogenous steel foam, and composite materials with PMMA (polymethyl methacrylate) and SWCNT (single-walled carbon nanotube) used as the matrix and nanofillers, respectively. To obtain equivalent material properties, the role of mixture (RoM) was employed, followed by the implementation of the porosity function. The system's governing equations were obtained by employing FSDT and Hamilton's law. To investigate thermal vibration, temperature was implemented as a load in the governing equations. The GDQ method was used to solve these equations. To demonstrate the applicability of the GDQ method in calculating the frequencies of the system and the correctness of the developed program, a validation study was conducted. After validation, numerous examples were presented to investigate the behavior of single and coupled curved beams in various material properties and boundary conditions. The results indicate that the frequencies of the curved beams and the system depend highly on the amount of porosity (n) and the distribution pattern. The system frequencies decreased with an increase in the porosity coefficient. The stiffness of the springs had no effect on the first mode frequency but increased frequencies of other modes in a specific range. The frequencies of the system decreased with an increase in environmental temperature.
Fortney, Patrick J.;Shahrooz, Bahram M.;Rassati, Gian A.
Steel and Composite Structures
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v.7
no.4
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pp.279-301
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2007
When coupling beams are proportioned appropriately in coupled core wall (CCW) systems, the input energy from ground motions is dissipated primarily through inelastic deformations in plastic hinge regions at the ends of the coupling beams. It is desirable that the plastic hinges form at the beam ends while the base wall piers remain elastic. The strength and stiffness of the coupling beams are, therefore, crucial if the desired global behavior of the CCW system is to be achieved. This paper presents the results of nonlinear response history analysis of two 20-story CCW buildings. Both buildings have the same geometric dimensions, and the components of the buildings are designed based on the equivalent lateral force procedure. However, one building is fitted with steel coupling beams while the other is fitted with diagonally reinforced concrete coupling beams. The force-deflection relationships of both beams are based on experimental data, while the moment-curvature and axial load-moment relationships of the wall piers are analytically generated from cross-sectional fiber analyses. Using the aforementioned beam and wall properties, nonlinear response history analyses are performed. Superiority of the steel coupling beams is demonstrated through detailed evaluations of local and global responses computed for a number of recorded and artificially generated ground motions.
In spite of extensive testing of the individual shear wall and the coupling beam (CB), numerical and experimental researches on the seismic behavior of CSW are insufficient. As far as we know, no previous research has investigated the affectations of position of CB regarding to the slab level (SL). So, the investigation aims to enhance an overarching framework to examine the consequence of connection positions between CB and SL. And, three cases have been created. One is composed of the floor slab (FS) at the top of the CB (FSTCB); the second is created with the FS within the panel depth (FSWCB), and the third is employed with the FS at the bottom of the CB (FSLCB). And, FEA is used to demonstrate the consequences of various CB positions with regard to the SL. Furthermore, the main measurements of structure response that have been investigated are deformation, shear, and moment in a coupled beam. Additionally, wall elements are used to simulate CB. In addition, ABAQUS software was used to figure out the strain distribution, shear stress for four stories to further understand the implications of slab position cases on the coupled beam rigidity. Overall, the findings show that the position of the rigid linkage among the CB and the FS can affect the behavior of the structures under seismic loads. For all structural heights (4, 8, 12 stories), the straining actions in FSWCB and FSLCB were less than those in FSTCB. And, the increases in displacement time history response for FSWCB are around 16.1-81.8%, 31.4-34.7%, and 17.5% of FSTCB.
The concrete bridge is likely to produce fatigue cracks during long period of service due to the moving vehicular loads and the degeneration of materials. This paper deals with the time-frequency analysis of a coupled bridge-vehicle system. The bridge is modeled as an Euler beam with breathing cracks. The vehicle is represented by a two-axle vehicle model. The equation of motion of the coupled bridge-vehicle system is established using the finite element method, and the Newmark direct integration method is adopted to calculate the dynamic responses of the system. The effect of breathing cracks on the dynamic responses of the bridge is investigated. The time-frequency characteristics of the responses are analyzed using both the Hilbert-Huang transform and wavelet transform. The results of time-frequency analysis indicate that complicated non-linear and non-stationary features will appear due to the breathing effect of the cracks.
In this paper, we present a numerical model for fluid-structure interaction between structure built of porous media and acoustic fluid, which provides both pore pressure inside porous media and hydrodynamic pressures and hydrodynamic forces exerted on the upstream face of the structure in an unified manner and simplifies fluid-structure interaction problems. The first original feature of the proposed model concerns the structure built of saturated porous medium whose response is obtained with coupled discrete beam lattice model, which is based on Voronoi cell representation with cohesive links as linear elastic Timoshenko beam finite elements. The motion of the pore fluid is governed by Darcy's law, and the coupling between the solid phase and the pore fluid is introduced in the model through Biot's porous media theory. The pore pressure field is discretized with CST (Constant Strain Triangle) finite elements, which coincide with Delaunay triangles. By exploiting Hammer quadrature rule for numerical integration on CST elements, and duality property between Voronoi diagram and Delaunay triangulation, the numerical implementation of the coupling results with an additional pore pressure degree of freedom placed at each node of a Timoshenko beam finite element. The second original point of the model concerns the motion of the outside fluid which is modeled with mixed displacement/pressure based formulation. The chosen finite element representations of the structure response and the outside fluid motion ensures for the structure and fluid finite elements to be connected directly at the common nodes at the fluid-structure interface, because they share both the displacement and the pressure degrees of freedom. Numerical simulations presented in this paper show an excellent agreement between the numerically obtained results and the analytical solutions.
This paper describes the formulation and application of a dynamic model for a conventional rail track subjected to arbitary loading functions that simulate wheel/rail impact forces. The rail track is idealized as a periodic elastically coupled beam system resting on a Winkler foundation. Modal parameters of the track structure are first obtained from the natural vibration characteristics of the beam system, which is discretized into a periodic assembly of a specially-constructed track element and a single beam element characterized by their exact dynamic stiffness matrices. An equivalent frequency-dependent spring coefficient representing the resilient, flexural and inertial characteristics of the rail support components is introduced to reduce the degrees of freedom of the track element. The forced vibration equations of motion of the track subjected to a series of loading functions are then formulated by using beam bending theories and are reduced to second order ordinary differential equations through the use of mode summation with non-proportional modal damping. Numerical examples for the dynamic responses of a typical track are presented, and the solutions resulting from different rail/tie beam theories are compared.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.16
no.11
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pp.204-212
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1999
In this paper, the vibrational motion of a flexible beam clamped on a translating base and carrying a moving mass is investigated. The equations of motion which describe the total dynamics of the beam-mass-cart system are derived and the coupled dynamic equations are solved by unconstrained modal analysis. In modal analysis, the exact normal mode solutions corresponding to the eigenfrequencies for the position of the moving mass and the ratios of the mass of the flexible beam, the moving mass and the base cart are used. Proper transformations of the time solutions between the normal modes for a position and those for the next position of the moving mass are also adopted. Numerical simulations are carried out to obtain the open-loop responses of the system in tracking the pre-designed path of the moving mass.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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