All the loads in the real world act dynamically on structures. Since dynamic loads are extremely difficult to handle in analysis and design, static loads are utilized with dynamic factors. The dyna mic factors are generally determined based on experiences. Therefore, the static loads can cause problems in precise analysis and design. An analytical method based on modal analysis has been proposed for the transformation of dynamic loads into equivalent static load sets. Equivalent static load sets are calculated to generate an identical displacement field in a structure with that from dynamic loads at a certain time. The process is derived and evaluated mathematically. The method is verified through numerical tests. Various characteristics are identified to match the dynamic and the static behaviors. For example, the opposite direction of a dynamic load should be considered due to the vibration response. A dynamic bad is transformed to multiple equivalent static loads according to the number of the critical times. The places of the equivalent static load can be different from those of the dynamic load. An optimization method is defined to use the equivalent static loads. The developed optimization process has the same effect as the dynamic optimization which uses the dynamic loads directly. Standard examples are solved and the results are discussed
Due to difficulty of considering dynamic load in side of a computer resource and computing time, it is common that external load is assumed as ideal static load. However, structural analysis under static load cannot guarantee the safety of structural design. Recently, the systematic method to construct equivalent static load from the given dynamic load has been proposed. Previous study has calculated equivalent static load through the optimization procedure under displacement constraints. And previously reported works to distribute equivalent static load were based on ad hoc methods. However, it is appropriate to take into account the stress constraint for the safety design. Moreover, the improper selection of loading position may results in unreliable structural design. The present study proposes the methodology to optimize an equivalent static which distributed on the primary DOFs, DOFs of the constraint elements, DOF of an external load as positions. In conclusion, the reliability of proposed method is demonstrated through a global optimization.
The goal of this paper is to develop a rational static method which consider efficiently the dynamic effect of the gravity load following sudden removal of element. For this goal this paper introduce the equivalent load for element stiffness which is a preceding research result and will develop equivalent static analysis which will be able to predict the maximum behavior considering dynamic effect. Some examples are provided to verify it. Equivalent static analysis is compared with the analysis method which is recommended by the GSA2003 guidelines and the time-history analysis which is the most accurate for dynamic behavior.
Wind loading is very important, even dominant in some cases, to large-span single-layer reticulated shells. At present, usually equivalent static methods based on quasi-steady assumption, as the same as the wind-resistant design of low-rise buildings, are used in the structural design. However, it is not easy to estimate a suitable equivalent static wind load so that the effects of fluctuating component of wind on the structural behaviors, especially on structural stability, can be well considered. In this paper, the effects of fluctuating component of wind load on the stability of a single-layer reticulated spherical shell model are investigated based on wind pressure distribution measured simultaneously in the wind tunnel. Several methods used to estimate the equivalent static wind load distribution for equivalent static wind-resistant design are reviewed. A new simple method from the stability point of view is presented to estimate the most unfavorable wind load distribution considering the effects of fluctuating component on the stability of shells. Finally, with comparisive analyses using different methods, the efficiency of the presented method for wind-resistant analysis of single-layer reticulated shells is established.
Nonlinear response structural optimization using equivalent static loads (NROESL) has been proposed. Nonlinear response optimization is solved by sequential linear response optimization with equivalent static loads which are generated from the nonlinear responses and linear stiffness matrix. The linear stiffness matrix should be obtained in NROESL, and this process can be fairly difficult for some applications. Proportional transformation of loads (PTL) is proposed to overcome the difficulties. Equivalent static loads are obtained by PTL. It is the same as NROESL except for the process of calculating equivalent static loads. PTL is developed for large-scale probems. First, linear and nonlinear responses are evaluated from linear and nonlinear analyses, respectively. At a DOF of the finite element method, the ratio of the two responses is calculated and an equivalent static load is made by multiplying the ratio and the loads for linear analysis. Therefore, the mumber of the equivalent static loads is as many as that of DOF's and an equivalent static load is used with the reponse for the corresponding DOF in the optimization process. All the equivalent static loads are used as multiple loading conditions during linear response optimization. The process iterates until it converges. Examples are solved by using the proposed method and the results are compared with conventional methods.
동하중을 고려하는 구조해석은 전산자원과 시간측면에서 상당한 어려움이 따르기 때문에 외력을 이상적인 정하중으로 가정하는 것이 일반적이다. 그러나 정하중 조건으로 해석된 결과는 구조물의 안전설계 측면에서 충분한 신뢰를 주기 어렵다. 최근에는, 동하중의 영향을 받는 구조물의 효과적인 구조해석을 위해 동하중을 등가정하중으로 변환하는 기법이 제안되어 왔다. 이 기법은 최적화를 통해 구속조건을 만족하는 최소의 등가정하중을 구하는데, 구속조건은 임계시간의 변위를 사용하고, 등가정하중 분포 자유도는 경험적으로 선정하여 왔다. 그러나 안전설계 관점에서는 응력 구속조건을 적용하는 것이 타당하며, 경험적 자유도 선정은 몇 개의 자유도에 과도한 하중이 부과되거나 구조물의 거동에 영향력이 없는 자유도들이 선정될 가능성이 있다. 본 연구에서는 등가응력 구속조건을 고려하는 등가정하중 최적화 방법을 제안하고, 축소시스템 개념을 도입한 주자유도, 구속조건 요소 자유도, 외부하중 자유도로 구성되는 등가정하중 분포 자유도의 구성방법을 제안한다. 수치예제에서는 제안된 방법으로 구해진 등가정하중을 사용하여 등가응력을 구하고 동하중 해석 결과와 비교함으로써 제안된 방법을 통한 구조해석 방법이 구조안전성 측면에서 타당함을 보인다.
Using synchronous surface pressures from the wind tunnel test, the three dimensional wind load models of high-rise buildings are established. Furthermore, the internal force responses of symmetric high-rise buildings in along-wind, across-wind and torsional directions are evaluated based on mode acceleration method, which expresses the restoring force as the summation of quasi-static force and inertia force components. Accordingly the calculation methods of equivalent static wind loads, in which the contributions of the higher modes can be considered, of symmetric high-rise buildings in along-wind, across-wind and torsional directions are deduced based on internal forces equivalence. Finally the equivalent static wind loads of an actual symmetric high-rise building are obtained by this method, and compared with the along-wind equivalent static wind loads obtained by China National Standard.
The systematic method to construct equivalent static load from the given dynamic load is proposed in the present study. Previously reported works to construct equivalent static load were based on ad hoc methods. They may results in unreliable structural design. The present study proposes a selection scheme of degrees of freedom(d.o.f) for imposing the equivalent static loads. The d.o.fs are selected by Two-level condensation scheme(TLCS). TLCS consists of two two-steps. The first step is the energy estimation in element-level and the second step consists of the traditional sequential elimination precudure. Through several numerical examples, the efficiency and reliability of proposed scheme is verified.
Nonlinear Response Optimization using Equivalent Static Loads (NROESL) method/algorithm is proposed to perform optimization of non-linear response structures. The conventional method spends most of the total design time on nonlinear analysis. The NROESL algorithm makes the equivalent static load cases for each response and repeatedly performs linear response optimization and uses them as multiple loading conditions. The equivalent static loads are defined as the loads in the linear analysis, which generates the same response field as those in non-linear analysis. The algorithm is validated for the convergence and the optimality. The proposed algorithm is applied to a simple mathematical problem to verify the convergence and the optimality.
This paper presents a failure type assessment curve method to judge the failure type of transmission tower segments. This novel method considers the equivalent static wind load characteristics and the transmission tower members' load-bearing capacities based on numerical simulations. This method can help judge the failure types according to the relative positions between the actual state points and the assessment curves of transmission tower segments. If the extended line of the actual state point intersects with the horizontal part's assessment curve, the segment would lose load-bearing capacity due to the diagonal members' failure. Another scenario occurs when the intersection point is in the oblique part, indicating that the broken main members have caused the tower segment to fail. The proposed method is verified by practical engineering case studies and static tests on the scaled tower segments.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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