Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.22
no.3
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pp.21-30
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2018
Building structures of apartment in korea conventionally adopt shear walls using coupling beams as seismic force-resisting systems. Energy dissipating devices employed the building structures are used instead of the coupling beams in order to increase the seismic performances by providing additional damping and stiffness. This study aims to introduce energy dissipating devices which are preferred in structural system and aims to investigate structural behaviors of shear wall structures employing such devices instead of coupling beams. In order for achieve research objectives, Finite Element Analysis and Nonlinear analysis was carry out. Finite Element Analysis results was correspond with experimental results and this is indicated that the device can provide sufficient additional damping and stiffness into shear wall structures. Throughout nonlinear static analyses, examples structures with the devices can enhance seismic performance of building structures due to their sufficient energy dissipating capacities. Especially, strength and ductility capacities were significantly improved when it is compared with the performance of building structures without the devices. Throughout nonlinear dynamic analyses, it was observed that structural damages can be mitigated due to reduced seismic demands for seismic force-resisting systems. It is especially noted due to the fact that story drifts, accelerations, shear demands are reduced by 15~18%, 20~28% and 15~20%, respectively.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.17
no.2
s.119
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pp.121-129
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2007
There has been much effort to find suitable methods for structural analysis in the mid-frequency region where traditional low frequency methods have increasing uncertainties whilst statistical energy analysis is not strictly applicable. Systems consisting of relatively stiff beams coupled to flexible plates have a particularly broad mid-frequency region where the beams support only a few modes whilst the plate has a high modal density and modal overlap. A system of two parallel beams coupled to a plate is investigated based on the wave method, which is an approximate method. Muller's method is utilised for obtaining complex roots of a dispersion wave equation, which does not converge in the conventional wave method based on a simple iteration. The wave model is extended from a single-beam-plate system, to a plate with two identical beams which is modelled using a symmetric-antisymmetric technique. The important hypothesis that the coupled beam wavenumber is sufficiently smaller than the plate free wavenumber is experimentally verified. Finally, experimental results such as powers and energy ratios show the validity of the analytical wave models.
This paper presents experimental study on effects of width-to-thickness ratio and loading history on cyclic rotational capacity of H-shaped steel beams subjected to pure bending. Eight Class 3 and 4 H-shaped beams with large width-to-thickness ratios were tested under four different loading histories. The coupling effect of local buckling and cracking on cyclic rotational capacity of the specimens was investigated. It was found that loss of the load-carrying capacity was mainly induced by local buckling, and ductile cracking was a secondary factor. The width-to-thickness ratio plays a dominant effect on the cyclic rotational capacity, and the loading history also plays an important role. The cyclic rotational capacity can decrease significantly due to premature elasto-plastic local buckling induced by a number of preceding plastic reversals with relative small strain amplitudes. This result is mainly correlated with the decreasing tangent modulus of the structural steel under cyclic plastic loading. In addition, a theoretical approach to evaluate the cyclic rotational capacity of H-shaped beams with different width-to-thickness ratios was also proposed, which compares well with the experimental results.
Amir Masoumi Verki;Adolfo Preciado;Pegah Amiri Motlagh
Steel and Composite Structures
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v.46
no.5
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pp.591-609
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2023
In some buildings, the lateral structural response of steel framed buildings depends on the shear walls and it is very important to study the behavior of these elements under near-field seismic loads. The link beam in the opening of the shear wall between two wall plates is investigated numerically in terms of behavior and effects on frames. Based on the length of the beam and its bending and shear behavior, three types of models are constructed and analyzed, and the behavior of the frames is also compared. The results show that by reducing the length of the link beam, the base shear forces reduce about 20%. The changes in the length of the link beam have different effects on the degree of coupling. Increasing the length of the link beam increases the base shear about 15%. Also, it has both, a positive and a negative effect on the degree of coupling. The increasing strength of the coupling steel shear wall is linearly related to the yield stress of the beam materials, length, and flexural stiffness of the beam. The use of a shorter link beam will increase the additional strength and consequently improving the behavior of the coupling steel shear wall by reducing the stresses in this element. The link beam with large moment of inertia will also increase about 25% the additional strength and as a result the coefficient of behavior of the shear wall.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.20
no.12
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pp.614-621
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2019
A generalized laminated composite beam element is presented for the flexural and buckling analysis of laminated composite beams with double and single symmetric cross-sections. Based on shear-deformable beam theory, the present beam model accounts for transverse shear and warping deformations, as well as all coupling terms caused by material anisotropy. The plane stress and plane strain assumptions were used along with the cross-sectional stiffness coefficients obtained from the analytical technique for different cross-sections. Two types of one-dimensional beam elements with seven degrees-of-freedom per node, including warping deformation, i.e., three-node and four-node elements, are proposed to predict the flexural behavior of symmetric or anti-symmetric laminated beams. To alleviate the shear-locking problem, a reduced integration scheme was employed in this study. The buckling load of laminated composite beams under axial compression was then calculated using the derived geometric block stiffness. To demonstrate the accuracy and efficiency of the proposed beam elements, the results based on three-node beam element were compared with those of other researchers and ABAQUS finite elements. The effects of coupling and shear deformation, support conditions, load forms, span-to-height ratio, lamination architecture on the flexural response, and buckling load of composite beams were investigated. The convergence of two different beam elements was also performed.
In this article, static deflection and buckling of functionally graded (FG) nanoscale beams made of porous material are carried out based on the nonlocal Timoshenko beam model which captures the small scale influences. The exact position of neutral axis is fixed, to eliminate the stretching and bending coupling due to the unsymmetrical material change along the FG nanobeams thickness. The material properties of FG beam are graded through the thickness on the basis of the power-law form, which is modified to approximate the material properties with two models of porosity phases. By employing Hamilton's principle, the nonlocal governing equations of FG nanobeams are obtained and solved analytically for simply-supported boundary conditions via the Navier-type procedure. Numerical results for deflection and buckling of FG nanoscale beams are presented and validated with those existing in the literature. The influences of small scale parameter, power law index, porosity distribution and slenderness ratio on the static and stability responses of the FG nanobeams are all explored.
A new first-order shear deformation theory is developed for dynamic behavior of functionally graded beams. The equations governing the axial and transverse deformations of functionally graded plates are derived based on the present first-order shear deformation plate theory and the physical neutral surface concept. There is no stretching-bending coupling effect in the neutral surface based formulation, and consequently, the governing equations and boundary conditions of functionally graded beams based on neutral surface have the simple forms as those of isotropic plates. The accuracy of the present solutions is verified by comparing the obtained results with the existing solutions.
The super convergent laminated composite beam element is newly derived for the lateral stability analysis. For this, a theoretical model of the laminated composite beams is developed based on the first-order shear deformation beam theory. The present laminated beam takes into account the transverse shear and the restrained warping induced shear deformation. The second-order coupling torque resulting from the geometric nonlinearity is rigorously derived. From the principle of minimum total potential energy, the stability equations and force-displacement relationships are derived and the explicit expressions for the displacement parameters are presented by applying the power series expansions of displacement components to simultaneous ordinary differential equations. Finally, the member stiffness matrix is determined using the force-displacement relationships. In order to show accuracy and superiority of the beam element developed by this study, the critical lateral buckling moments for bisymmetric and monosymmetric I-beams are presented and compared with other results available in the literature, the isoparametric beam elements, and shell elements from ABAQUS.
The coupled free vibration of flexible structures and on-board liquid in zero gravity space was analyzed, considering the spacecraft main body as a rigid mass, the flexible appendages as two elastic beams, and the on-board liquid as a "spring-mass" system. Using the Lagrangians of a rigid mass (spacecraft main body), "spring-mass" (liquid), and two beams (flexible appendages), as well as assuming symmetric motion of the system, we obtained the frequency equations of the coupled system by applying Rayleigh-Ritz method. Solving these frequency equations, which are governed by three system parameters, as an eigenvalue problem, we obtained the coupled natural frequencies and vibration modes. We define the parameter for evaluating the magnitudes of coupled motions of the added mass (liquid) and beam (appendages). It was found that when varying one system parameter, the frequency curves veer, vibration modes exchange, and the significant coupling occurs not in the region closest to the two frequency curves but in the two regions separate from that region.
For the general case of loading conditions and boundary conditions, it is very difficult to obtain closed form solutions for buckling loads and natural frequencies of thin-walled structures because its behaviour is very complex due to the coupling effect of bending and torsional behaviour. In consequence, most of previous finite element formulations are introduce approximate displacement fields to use shape functions as Hermitian polynomials, and so on. The Purpose of this study is to presents a consistent derivation of exact dynamic stiffness matrices of thin-walled straight beams, to be used ill tile free vibration analysis, in which almost types of boundary conditions are exist An exact dynamic element stiffness matrix is established from governing equations for a uniform beam element of nonsymmetric thin-walled cross section. This numerical technique is accomplished via a generalized linear eigenvalue problem by introducing 14 displacement parameters and a system of linear algebraic equations with complex matrices. The natural frequency is evaluated for the thin-walled straight beam structure, and the results are compared with analytic solutions in order to verify the accuracy of this study.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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