The present paper describes an analytic solution procedure for flexural vibration of a rotationally restrained hinged-hinged Timoshenko beam at the supports during an earthquake. Focusing on maximal magnitudes of internal loads such as bending moment and shearing force under wide variations of two parameters, kL/EI and kGAL2/EI, various beams under synchronous and asynchronous support motions are simulated. The simulations under asynchronous support motions show the following facts. The variations of the maximal magnitudes of internal loads of stocky beams due to the variation of kL/EI from zero to infinity show much wider variations than those of slender beams as kGAL2/EI decreases. The maximal magnitudes of internal loads of a beam tend to be governed by their static components as kL/EI increases and kGAL2/EI decreases. When the internal loads are governed by their static components, maximal magnitudes of internal loads of the stocky tend to increase monotonically as the value of kL/EI increases. However, the simulations under synchronous support motions show the static components of the internal loads vanish and the internal loads are governed by dynamic components irrespective of the two parameters.
The Incremental Dynamic Analysis (IDA) procedure is currently known as a robust tool for estimation of seismic collapse capacity. However, the procedure is time-consuming and requires significant computational efforts. Recently some simplified methods have been developed for rapid estimation of seismic collapse capacity using pushover analysis. However, a comparative review and assessment of these methods is necessary to point out their relative advantages and shortcomings, and to pave the way for their practical use. In this paper, four simplified pushover analysis-based methods are selected and applied on four regular RC intermediate moment-resisting frames with 3, 6, 9 and 12 stories. The accuracy and performance of the different simplified methods in estimating the median seismic collapse capacity are evaluated through comparisons with the results obtained from IDAs. The results show that reliable estimations of the summarized 50% fractile IDA curve are produced using SPO2IDA and MPA-based IDA methods; however, the accuracy of the results for 16% and 84% fractiles is relatively low. The method proposed by Shafei et al. appears to be the most simple and straightforward method which gives rise to good estimates of the median sidesway collapse capacity with minimum computational efforts.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.26
no.3
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pp.117-125
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2022
In this study, centrifuge model tests were performed to evaluate the seismic response of multi-DOF structures with shallow foundations. Also, elastic time history analysis on the fixed-base model was performed and compared with the experimental results. As a result of the centrifuge model test, earthquake amplification at the fundamental vibration frequency of the soil (= 2.44 Hz) affected the third vibration mode frequency (= 2.50 Hz) of the long-period structure and the first vibration mode (= 2.27 Hz) of the short-period structure. The shallow foundation lengthened the periods of the structures by 14-20% compared to the fixed base condition. The response spectrum of acceleration measured at the shallow foundation was smaller than that of free-field motion due to the foundation damping effect. The ultimate moment capacity of the soil-foundation system limited the dynamic responses of the multi-DOF structures. Therefore, the considerations on period lengthening, foundation damping, and ultimate moment capacity of the soil-foundation system might improve the seismic design of the multi-DOF building structures.
Background: Arm swing plays a role in gait by accommodating forward movement through trunk balance. This study evaluates the biomechanical characteristics of arm swing during gait. Methods: The study performed computational musculoskeletal modeling based on motion tracking in 15 participants without musculoskeletal or gait disorder. A three-dimensional (3D) motion tracking system using three Azure Kinect (Microsoft) modules was used to obtain information in the 3D location of shoulder and elbow joints. Computational modeling using AnyBody Modeling System was performed to calculate the joint moment and range of motion (ROM) during arm swing. Results: Mean ROM of the dominant elbow was 29.7°±10.2° and 14.2°±3.2° in flexion-extension and pronation-supination, respectively. Mean joint moment of the dominant elbow was 56.4±12.7 Nm, 25.6±5.2 Nm, and 19.8±4.6 Nm in flexion-extension, rotation, and abduction-adduction, respectively. Conclusions: The elbow bears the load created by gravity and muscle contracture in dynamic arm swing movement.
Iman Hakamian;Kianoosh Taghikhani;Navid Manouchehri;Mohammad Mahdi Memarpour
Earthquakes and Structures
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v.25
no.2
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pp.99-112
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2023
This paper investigates the influences of Soil-Structure Interaction (SSI) on the seismic behavior of two-dimensional reinforced concrete moment-resisting frames subjected to Far-Field Ground Motion (FFGM) and Near-Field Ground Motion (NFGM). For this purpose, the nonlinear modeling of 7, 10, and 15-story reinforced concrete moment resisting frames were developed in Open Systems for Earthquake Engineering Simulation (OpenSees) software. Effects of SSI were studied by simulating Beam on Nonlinear Winkler Foundation (BNWF) and the soil type as homogenous medium-dense. Generally, the building resistance to seismic loads can be explained in terms of Incremental Dynamic Analysis (IDA); therefore, IDA curves are presented in this study. For comparison, the fragility evaluation is subjected to NFGM and FFGM as proposed by Quantification of Building Seismic Performance Factors (FEMA P-695). The seismic performance of Reinforced Concrete (RC) buildings with fixed and flexible foundations was evaluated to assess the probability of collapse. The results of this paper demonstrate that SSI and NFGM have significantly influenced the probability of failure of the RC frames. In particular, the flexible-base RC buildings experience higher Spectral acceleration (Sa) compared to the fixed-base ones subjected to FFGM and NFGM.
Da Li;Ikjae Lee;Cong Yi;Wei Gao;Chunhui Song;Shenglei Fu;Moohyun Kim;Alex Ran;Tuanjie Liu
Ocean Systems Engineering
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v.13
no.3
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pp.287-312
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2023
The global performance of a 15 MW floating offshore wind turbine, a newly designed semisubmersible floating foundation with multiple heave plates by CNOOC, is investigated with two independent turbine-floater-mooring coupled dynamic analysis programs CHARM3D-FAST and OrcaFlex. The semisubmersible platform hosts IEA 15 MW reference wind turbine modulated for VolturnUS-S and hybrid type (chain-wire-chain with clumps) 3×2 mooring lines targeting the water depth of 100 m. The numerical free-decay simulation results are compared with physical experiments with 1:64 scaled model in 3D wave basin, from which appropriate drag coefficients for heave plates were estimated. The tuned numerical simulation tools were then used for the feasibility and global performance analysis of the FOWT considering the 50-yr-storm condition and maximum operational condition. The effect of tower flexibility was investigated by comparing tower-base fore-aft bending moment and nacelle translational accelerations. It is found that the tower-base bending moment and nacelle accelerations can be appreciably increased due to the tower flexibility.
Cyril Thomas Antony Raj;Jyothis Paul Elanhikuzhy;Baskar Kaliyamoorthy
Steel and Composite Structures
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v.49
no.6
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pp.685-699
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2023
In recent years, Carbon Fibre Reinforced Plastic (CFRP) strengthening is found to be one of the best methods to strengthen steel structures. The fibrous bond can also influence the vibration characteristics of the strengthened element apart from its static strength enhancement property. The main objective of this study is to understand the influence of CFRP strengthening on the dynamic Behaviour of Thin-Webbed Castellated Beams (TWCBs). A detailed experimental investigation was carried out on five sets of beams with varying parameters such as domination of shear (Shear Dominant, Moment Dominant and Moment and Shear Dominant), sectional classification (Plastic and Semi-compact) and perforation geometries (ho/dwratio 0.65 and e/ho ratio 0.3). Free vibration analysis was carried out by exciting the simply supported TWCBs with an impact force generated by a ball dropped from a specific height. Logarithmic decrement method was used to obtain the damping ratio and natural frequencies of vibration were found by Fast Fourier Transform (FFT). Natural frequency showed an increase in a range of 10.5 - 55% for the different sets of castellated beams. An increase of 62.30% was noted in the damping ratio of TWCBs after strengthening which is an indication of improvement in the vibration characteristics of the beam.
Proceedings of the Korean Society for Agricultural Machinery Conference
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2000.11b
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pp.146-153
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2000
The rubber crawler system for farm machine is composed of driving units such as track rollers, driving sprockets and rubber crawlers. Vibration characteristics of the rubber crawler system varies by driving speed, center of gravity, mass□moment of inertial□location arrangement of track rollers and dynamic parameters such as dynamic spring constant (k) and viscous damping coefficient (c) of a rubber crawler. In general, vibration of the rubber crawler system occurs by reason for mechanical interaction between the rubber crawler and track rollers. Because the dynamic spring constant and viscous damping coefficient vary periodically by mechanical characteristics(deformation characteristics) of the rubber crawler when track rollers drive on the between lugs of the rubber crawler. Therefore, both dynamic parameters k and c were expressed as Fourier series by authors through the shaking test of the rubber crawler and further, vibration characteristics of the rubber crawler system could be simulated analytically. However, actual values of dynamic parameters k and c are different from those obtained by the shaking test because dynamic characteristics of the rubber crawler vary by the effect of variable tension and driving resistance of track rollers. So, actual values of k and c should be identified in the condition of actual driving test. In this study, dynamic parameters such as k and c of the rubber crawler system, which are expressed as Fourier series, were identified using the Gauss-Newton Method. Therefore, validity of identified parameters k and c was discussed through the simulation using experimental data of actual driving test. As a result, in the Fourier series of dynamic parameters of spring constant k and viscous damping coefficient c, excellent parameter convergence and simulation were observed using the Fourier series' zero order and first term of the dynamic model. Furthermore, it was clarified that identification for model parameters which are fitted to actual dynamic motion (vibration) wave of the crawler system was possible by using the time series data observed in vertical and pitching motion of the crawler system.
Transporting agricultural products and the other material by the two-wheel-tractor (power-tiler)and trailer system may be one of its most widely used farming functions.The safety and hitching load for all the previaling performing conditions may be the general concern over the operation of the tiller-trailer system. In this study, a mathematical model to determine the static and dynamic forces excerting on the hitch point were developed . Based on the analysis of the model and the field measurements. the limiting hitching load and critical slope were analyzed. The results of the study are summarized as follows ; 1) The limit angle of slope land for the safety steering that two-wheel tractor-single axle trailer system was able to transport agricultural products was the direct angle (${\gamma}$) = 8 ; the cross angle$\beta$) 15 ; and it was decreased in accordance with the increase of carrying load ($W_4). 2) The critical velocity for safe operation in case of running on downward hill road was about 1.08m/sec. 3) The limiting carrying load for the safe steering was W$_4$=600kg. The degree of the safe steering for different braking methods was given in order as follows ; Simulataneous braking the tractor and trailer , braking the trailer only, and braking tractor only. 4) Among the three components of impact loads excerting on the hitch point, the component in the lateral direction ($P_{Vy}$) was near zero in spite of increase of hitching load ($W_4) , while the components in the other two mutually perpedicular directions ($P_{Vx}$ and ($P_{Vz}$) ) had larger values in horizontal plane than those in the slope lands. 5) Moment of forces on the lateral direction (M$y$) had the largest value among the three components of impact moment acting on the hitch point, however all the components were sharply increased in accordance with the increase of hitching loads ($W_4. Three components of the moment were the negative values.
In recent years, to overcome drawbacks related to the aplicati on of classical structural optimization algorithms, various drift design methods based on factores of member displacement participation factors have been developed to size members if they satisfy stiffness criteria. In particular, a resizing algorithm based on dynamic displacement participation factors from the response spectrum analysis has been applied in the drift design of steel structures subjec ted to seismic lateral forces. In this aproach, active members are selected for displacement control based on the displacement participation fa ve members may be taken out and added to the active members for the drift control. The resizing algorithm can be practically and effectively applied to drift design of high-rise buildings however, the inelastic behavior o f the resizing algorithm has not ben evaluated yet. To develop the resizing algorithm considering the performance of nonlinearity as well a s elastic stifness, the evaluation model of resizing algorithm s is developed and aplied to the examples of moment-resisting steel frame, which is one of the simplest structural systems. The inelastic behavior of moment-resisting steel frame designed by the resizing algorithm is also discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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