The dams are huge structures storing a large amount of water and failures of them cause especially irreparable loss of lives during the earthquakes. They are named as a group of structures subjected to fluid-structure interaction. So, the response of the fluid and its hydrodynamic pressures on the dam should be reflected more accurately in the structural analyses to determine the real behavior as soon as possible. Different mathematical and analytical modelling approaches can be used to calculate the water hydrodynamic pressure effect on the dam body. In this paper, it is aimed to determine the dynamic response of concrete gravity dams using different water modelling approaches such as Westergaard, Lagrange and Euler. For this purpose, Sariyar concrete gravity dam located on the Sakarya River, which is 120km to the northeast of Ankara, is selected as a case study. Firstly, the main principals and basic formulation of all approaches are given. After, the finite element models of the dam are constituted considering dam-reservoir-foundation interaction using ANSYS software. To determine the structural response of the dam, the linear transient analyses are performed using 1992 Erzincan earthquake ground motion record. In the analyses, element matrices are computed using the Gauss numerical integration technique. The Newmark method is used in the solution of the equation of motions. Rayleigh damping is considered. At the end of the analyses, dynamic characteristics, maximum displacements, maximum-minimum principal stresses and maximum-minimum principal strains are attained and compared with each other for Westergaard, Lagrange and Euler approaches.
The purpose of this study is to propose new hysteretic characteristics of medium- to low-rise RC structures controlled by both shear and flexure. Through previous study, the dual lateral force-resisting system composed of shear and flexural failure members has a new failure mechanism that cooperates to enhance the flexural capacity of the flexural failure member even after the failure of the shear member, and the existing theoretical equation significantly underestimates the ultimate strength. In this study, the residual lateral strength mechanism of the dual lateral force-resisting system was analyzed, and, as a result, an equation for estimating the residual flexural strength of each shear-failure member was proposed. The residual flexural strength of each shear-failure member was verified in comparison with the structural testing results obtained in previous study, and the proposed residual flexural strength equation for shear-failure members was tested for reliability using FEA, and its applicable range was also determined. In addition, restoring-force characteristics for evaluating the seismic performance of the dual lateral force-resisting system (nonlinear dynamic analysis), reflecting the proposed residual flexural strength equation, were proposed. Finally, the validity of the restoring-force characteristics of RC buildings equipped with the dual lateral force-resisting system proposed in the present study was verified by performing pseudo-dynamic testing and nonlinear dynamic analysis based on the proposed restoring-force characteristics. Based on this comparative analysis, the applicability of the proposed restoring-force characteristics was verified.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.23
no.7
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pp.58-65
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2019
Polymer concrete is expected to be widely used as a building material because it has a shorter hardening time and excellent compression, tensile, bending, bond strength, frictional resistance and abrasion loss compared to general concrete. The polymer concrete has excellent vibration damping performance and research on the use of various reinforcing materials is being conducted. However, in order to completely replace the general concrete and the general anti-vibration reinforcement, such polymer concrete requires an overall review of vibration reduction performance considering physical properties, dynamic properties, productivity and field applicability. In this study, the physical and dynamic properties of polymer concrete by epoxy mixing ratio were compared with those of general concrete. It was appeared that compression, tensile, bending and bond strengths of polymer concrete by epoxy mixing were significantly higher than those of general concrete. Especially, the tensile strength was more than 4 ~ 6.5 times. Based on the basic physical properties of polymer concrete, the damping ratio, which is a dynamic characteristic according to the epoxy mixing ratio, was derived through analytical models and experiments. As a result, the dynamic stiffness of polymer concrete was 20% higher than that of general concrete and the loss rate was about 3 times higher.
de Souza Bastos, Leonardo;Guerrero, Carolina Andrea Sanchez;Barile, Alan;da Silva, Jose Guilherme Santos
Coupled systems mechanics
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v.8
no.2
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pp.169-184
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2019
This research work presents a study that aims to assess the dynamic structural behaviour and also investigate the human comfort levels of a reinforced concrete building, when subjected to nondeterministic wind dynamic loadings, considering the effect of masonry infills on the global stiffness of the structural model. In general, the masonry fills most of the empty areas within the structural frames of the buildings. Although these masonry infills present structural stiffness, the common practice of engineers is to adopt them as static loads, disregarding the effect of the masonry infills on the global stiffness of the structural system. This way, in this study a numerical model based on sixteen-storey reinforced concrete building with 48 m high and dimensions of $14.20m{\times}15m$ was analysed. This way, static, modal and dynamic analyses were carried out in order to simulate the structural model based on two different strategies: no masonry infills and masonry infills simulated by shell finite elements. In this investigation, the wind action is considered as a nondeterministic process with unstable properties and also random characteristics. The fluctuating parcel of the wind is decomposed into a finite number of harmonic functions proportional to the structure resonant frequency with phase angles randomly determined. The nondeterministic dynamic analysis clearly demonstrates the relevance of a more realistic numerical modelling of the masonry infills, due to the modifications on the global structural stiffness of the building. The maximum displacements and peak accelerations values were reduced when the effect of the masonry infills (structural stiffness) were considered in the dynamic analysis. Finally, it can be concluded that the human comfort evaluation of the sixteen-storey reinforced concrete building can be altered in a favourable way to design.
The split Hopkinson pressure bar (SHPB) technique is widely used to characterize the dynamic mechanical response of engineering materials at high strain rates. In this paper, attendant problems associated with testing 70 mm diameter concrete specimens are considered, analysed and resolved. An adaptation of a conventional solid circular striker bar, as a means of achieving reliable and repeatable SHPB tests, is then proposed. In the analysis, a pseudo one-dimensional model is used to analyse wave propagation in a non-uniform striker bar. The stress history of the incident wave is then obtained by using the finite difference method. Comparison was made between incident waves determined from the simplified model, finite element solution and experimental data. The results show that the simplified method is adequate for designing striker bar shapes to overcome difficulties commonly encountered in SHPB tests. Using two specifically designed striker bars, tests were conducted on 70 mm diameter steel fibre reinforced concrete specimens. The results are presented in the paper.
In this study, dynamic characteristics such as natural frequencies, mode shapes and damping ratios of RC frame is determined for different construction stages using Operational Modal Analyses method under ambient vibration. Full scaled, one bay and one story RC frames are selected as an application for different construction stages such as plane, brick in-filled and brick in-filled with plaster. The RC frame is vibrated by natural excitations with small impact effects and the response signals are measured using sensitive accelerometers during ambient vibration tests. Measurement time-frequency span and effective mode number are determined by considering similar studies in literature. Sensitive seismic accelerometers are used to collect signals obtained from the experimental tests. To obtain experimental dynamic characteristics, output-only system identification technique is employed namely; Enhanced Frequency Domain Decomposition technique in the frequency domain. It is demonstrated that the ambient vibration measurements are enough to identify the most significant modes of RC frames.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2007.05a
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pp.157-160
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2007
The dynamic behavior of a steel bridge crossed by the Korean High Speed Train(KHST) has been investigated experimentally and numerically. The bridge is a 2-girder simply supported steel bridge which has 40m of span length. A set of experimental tests were performed during operation of KHST, and 13 accelerometers and 6 LVDTs were utilized for measurement of dynamic responses. Numerical analyses considering bridge-structure interaction were performed for validation of experimental results. Since structural type and dynamic characteristics of the bridge differ from those of the representative concrete box bridge, dynamic behavior of the concerning steel bridge shows differences, but dynamic performances are all satisfying specification requirements.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2002.10a
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pp.32-36
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2002
High-speed movement and high-precision machining are the two most important requirements of present machine tool structures to reduce machining time and to increase the precision of products in various industrial fields such as semiconductor, automobile, and mold fabrication. The high speed operation of machine tools tue usually restricted not only by the low stiffness but also by the low damping of machine tool structures, which induces vibration during high speed machining. If the damping of machine tool structures is low, self induced or regenerative vibrations are bound to occur at high speed operation because the natural frequencies of machine tool structures can not be increased indefinitely. Therefore, the high damping capacity of a machine tool structure is an important factor for high speed machine tool structures. Polymer concrete has high potential for machine tool bed due to its good damping characteristics. In this study, a polymer concrete bed combined with welded steel structure i.e., a hybrid structure was desisted and manufactured for a high-speed gantry-type milling machine through static and dynamic analyses using finite element method. Then the dynamic characteristics were tested experimentally.
Yanmin Yang;Qi Yuan;Yongqing Li;Jingyu Li;Yuan Gao;Yuzhe Zou
Computers and Concrete
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v.32
no.1
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pp.15-26
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2023
In order to study the anti-seismic performance of full light-weight concrete utility tunnel, EL Centro seismic waves were input, and the seismic simulation shaking table test was carried out on the four utility tunnel models. The dynamic characteristics and acceleration response of the system consisting of the utility tunnel structure and the soil, and the interlayer displacement response of the structure were analyzed. The influence law of different construction methods, haunch heights and concrete types on the dynamic response of the utility tunnel structure was studied. And the experimental results were compared with the finite element calculation results. The results indicated that with the increase of seismic wave intensity, the natural frequency of the utility tunnel structure system decreased and the damping ratio increased. The assembling composite construction method could be equivalent to replace the integral cast-in-place construction method. The haunch height of the assembling composite full light-weight concrete utility tunnel was increased from 30 mm to 50 mm to enhance the anti-seismic performance during large earthquakes. The anti-seismic performance of the full light-weight concrete utility tunnel was better than that of the ordinary concrete utility tunnel. The peak acceleration of the structure was reduced by 21.8% and the interlayer displacement was reduced by 45.8% by using full light-weight concrete. The finite element simulation results were in good agreement with the experimental results, which could provide reference for practical engineering design and application.
Al-Rousan, Rajai Z.;Alhassan, Mohammed A.;Al-Salman, Harith
Structural Engineering and Mechanics
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v.62
no.3
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pp.373-380
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2017
Concrete structures are often subjected to long-term static and short-term dynamic loads. Due to a relatively low tensile strength and energy dissipating characteristics, the impact resistance of concrete is considered poor. This study investigates the feasibility of using polypropylene fibers to improve the impact resistance of reinforced concrete slabs. Fourteen polypropylene fiber reinforced concrete slabs were fabricated and tested using a drop weight test. The effects of slab thickness, fiber volume fractions, and impact energy on the dynamic behaviors were evaluated mainly in terms of impact resistant, crack patterns, and failure modes. The post impact induced strains versus time responses were obtained for all slabs. The results showed that adding the polypropylene fiber at a dosage of 0.90% by volume of concrete leads to significant improvement in the overall structural behavior of the slabs and their resistance to impact loading. Interestingly, the enhancement in the behavior of the slabs using a higher fiber dosage of 1.2% was not as good as achieved with 0.90%.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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