The effect of dead loads on dynamic responses of a uniform elastic beam subjected to moving loads is examined by means of a governing equation which takes into account initial bending stresses due to dead loads. First, the governing equation of beams which includes the effect of dead loads is briefly presented from the author's paper (1990, 1991, 2010). The effect of dead loads is considered by a strain energy produced by conservative initial stresses caused by the dead loads. Second, the effect of dead loads on dynamical responses produced by moving loads in simply supported beams is confirmed by the results of numerical computations using the Galerkin method and Wilson-${\theta}$ method. It is shown that the dynamical responses by moving loads are decreased remarkably on a heavyweight beam when the effect of dead loads is included. Third, an approximate solution of dynamic deflections including the effect of dead loads for a uniform beam subjected to moving loads is presented in a closed-form for the case without the additional mass due to moving loads. The proposed solution shows a good agreement with results of numerical computations with the Galerkin method and Wilson-${\theta}$ method. Finally it is clarified that the effect of dead loads on elastic uniform beams subjected to moving loads acts on the restraint of the transverse vibration for the both cases without and with the additional mass due to moving loads.
The effect of dead loads on dynamic responses of uniform elastic beams is examined by means of a governing equation which takes into account initial bending stress due to dead loads. First, the governing equation of beams which includes the effect of dead loads is briefly presented from the author's paper (Takabatake 1990). In the formulation the effect of dead loads is considered by strain energy produced by conservative initial stresses produced by the dead loads. Second, the effect of dead loads on dynamical responses produced by live loads in simply supported beams and clamped beams is confirmed by the results of numerical computations with the Galerkin method and Wilson-${\theta}$ method. It is shown that the dynamical responses, like dynamic deflections and bending moments produced by dynamic live loads, are decreased in a heavyweight beam when the effect of dead loads is included. Third, an approximate solution for dynamic deflections including the effect of dead loads is presented in closed-form. The proposed solution shows good in agreement with results of numerical computations with the Galerkin method and Wilson-${\theta}$ method. Finally, a method reflecting the effect of dead loads for dynamic responses of beams on the magnitude of live loads is presented by an example.
The collapse of structures due to snow loads on roofs occurs frequently for steel structures and rarely for reinforced concrete structures. Since the most significant difference between these structures is related to their ability to handle dead loads, dead loads are believed to play an important part in the collapse of structures by snow loads. As such, the effect of dead loads on displacements and stress couples produced by live loads is presented for plates with different edge conditions. The governing equation of plates that takes into account the effect of dead loads is formulated by means of Hamilton's principle. The existence and effect of dead loads are proven by numerical calculations based on the Galerkin method. In addition, a closed-form solution for simply supported plates is proposed by solving, in approximate terms, the governing equation that includes the effect of dead loads, and this solution is then examined. The effect of dead loads on static live loads can be explained explicitly by means of this closed-form solution. A method that reflects the effects of dead loads on live loads is presented as an example. The present study investigates an additional factor in lightweight roof structural elements, which should be considered due to their recent development.
A numerical method is presented to obtain natural frequencies and mode shapes of uniform elastic beams with static deflections due to dead loads. The differential equation governing the free vibration of beam taken into account the static deflection due to deal loads is derived and solved numerically. The hinged-hinged, clamped-clamped and clamped-hinged end constraints are applied in the numerical examples. As the numerical results, the lowest three nondimensional frequency parameters are reported as functions of nondimensional system parameters; the load parameters, and the slenderness rations. And some typical mode shapes of free vibrations are also presented in figures.
This paper presents an improved Monte Carlo simulation for the probabilistic determination of initial cable forces of cable-stayed bridges under dead loads using the response surfaces method. A response surface (i.e. a quadratic response surface without cross-terms) is used to approximate structural response. The use of the response surface eliminates the need to perform a deterministic analysis in each simulation loop. In addition, use of the response surface requires fewer simulation loops than conventional Monte Carlo simulation. Thereby, the computation time is saved significantly. The statistics (e.g. mean value, standard deviation) of the structural response are calculated through conventional Monte Carlo simulation method. By using Monte Carlo simulation, it is possible to use the existing deterministic finite element code without modifying it. Probabilistic analysis of a truss demonstrates the proposed method' efficiency and accuracy; probabilistic determination of initial cable forces of a cable-stayed bridge under dead loads verifies the method's applicability.
A numerical method is presented to obtain natural frequencies and mode shapes of the arbitrary tapered beams with static deflections due to arbitrary distributed dead loads. The differential equation governing the free vibration is derived and solved numerically. In the numerical example, the linearly tapered beams and both the triangular and sinusoidal distributed dead loads are chosen. The lowest three natural frequencies are reported and typical mode shapes are presented in the figure.
Practical stability design method of main members of cable-stayed bridges is proposed and discussed through a design example. For this purpose, initial tensions of stay cables and axial forces of main members are firstly determined using initial shaping analysis of bridges under dead loads. And then the effective buckling length using system elastic/inelastic buckling analysis and bending moments considering $P-{\delta}-{\Delta}$ effect by second-order elastic analysis are calculated for main girder and pylon members subjected to both axial forces and moments, respectively. Particularly, load combinations of dead and live loads, in which maximum load effects due to live loads are obtained, are taken into account and effects of live loads on effective buckling lengths are investigated.
A numerical method is presented to obtain the natural frequencies and mode shapes of the arbitrary tapered beams with static deflection due to arbitrary distributed dead loads. The differential equation governing free vibration of such beams is derived and solved numerically. The double integration method using the trapezoidal rule is used to solve the static behaviour of beams loaded arbitrary distributed dead load. Also, the Improved Euler method and the determinant search method are used to integrate the differential equation subjected to the boundary conditions and to determine the natural frequencies of the beams, respectively. In the numerical examples, the various geometries of the beams are considered : (1) linearly tapered beams as the arbitrary variable cross-section, (2) the triangular, sinusoidal and uniform loads as the arbitrary distributed dead loads and (3) the hinged-hinged, clamped-clamped and hinged-clamped ends as the end constraints. All numerical results are shown as the non-dimensional forms of the system parameters. The lowest three natural frequencies versus load parameter, slenderness ratio and section ratio are reported in figures. And for the comparison purpose, the typical mode shapes with and without the effects of static deflection are presented in the figure. According to the numerical results obtained in this analysis, the following conclusions may be drawn : (1) the natural frequencies increase when the effects of static deflections are included, (2) the effects are larger at the lower modes than the higher ones and (3) it should be betteF to include the effect of static deflection for calculating the frequencies when the beams are supported by both hinged ends or one hinged end.
The stability of the existing ships has been evaluated through numerical calculations in the steady-state, but recently the IMO proposed a new stability assessment criteria that the stability is evaluated in the state in which environmental loads from such as waves and wind act like the loads under actual ship operating conditions. In this study, IMO 2nd generation stability assessment method and procedure were summarized for the dead ship condition, and Direct Stability Assessment (DSA) was performed on 13K chemical tanker through basin model test. The model test is performed in the ocean engineering basin to implement wave and wind loads, and environmental conditions for waves were set height and period of the incident wave, considering the regular wave and wind generation range reproducible in the ocean engineering basin. In addition, to consider the effect of wind speed, the Beaufort Scale for wind speed was applied in the model test.
To obtain a design data for box beams used as headers in light-frame timber construction, $2{\times}6\;(38{\times}140mm),\;2{\times}8\;(38{\times}184mm),\;2{\times}10\;(38{\times}235mm)\;and\;2{\times}12\;(38{\times}286mm)$ members were built as box beam specimens for bending tests. The allowable bending stresses for box beams were obtained through bending tests of these specimens, and span tables were calculated for various loading conditions based on the allowable bending stresses obtained. The allowable bending stresses were determined as the bending stresses at 10mm deflection of specimens from the results of bending tests of box beam specimens. Span tables for box beams were obtained assuming five loading conditions for headers used in exterior walls and two loading conditions for headers used in interior walls. Among these 7 loading conditions, 5 loading conditions applied to headers in exterior walls included the dead loads, the live loads and the snow loads and 2 loading conditions applied to headers in interior walls included the dead loads and the live loads.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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