The finite element method is used for the study of the eigenvalue problems of partially fixed end beams with intermediate elastic supports. The elastic critical loads and natural frquencies of the beams are investigated by changing the numbers of elastic supports and their stiffness, and also by changing Kinney's fixity factor, $f_a$. The relationship between two eigenvalues is established by calculating the corresponding values of $(w/w_n)^2$ through changing $(P/P_{cr})$ values. The results of this study are as follows : (1) The elastic critical loads and natural frequencies of beams increase with increases in Kinney's fixity factor, $f_a$ and with the increased numbers of intermediate elastic supports. (2) The relationship between elastic critical loads and the natural frequencies of partially fixed end beams with intermediated elastic supports is $P/P_{cr} + (w/w_n)^2/ = 1$ without regard to Kinney's fixity factor, the stiffness of elastic supports, or the number of elastic supports.
This study presents algorithms for determining the fuzzy critical loads of planar steel frame structures with fixity factors of beam - column and column - base connections are modeled as triangular fuzzy numbers. The finite element method with linear elastic semi-rigid connection and Response Surface Method (RSM) in mathematical statistic are applied for problems with symmetric triangular fuzzy numbers. The ${\alpha}$ - level optimization using the Differential Evolution (DE) involving integrated finite element modeling is proposed to apply for problems with any triangular fuzzy numbers. The advantage of the proposed methodologies is demonstrated through some example problems relating to for the twenty - story, four - bay planar steel frames.
프레임 구조물의 접합부 손상을 평가하기 위하여 접합부 손상모델과 신경망기법을 이용한 손상평가기법을 제안하였다 구조물의 보-기둥 접합부를 접합부의 회전강성을 갖는 등가의 스프링요소로 표현하였으며 접합부의 손상도는 손상 전 후의 고정도계수의 감소비율로 정의하였다 손상평가를 위하여 다층퍼셉트론즈 신경망 기법을 제안하였으며 손상평가성능을 향상시키기 위하여 부분구조추정법, 노이즈첨가학습, 자료교란법등의 기법을 적용하였다 10층 프레임 구조물에 대한 수치 예제해석과 2층 프레임 구조물에 대한 실험 예제해석을 통하여 제안기법의 유용성을 평가하였다 계측지점이 일부분으로 제한되어 있고 계측자료에 심한 계측오차가 포함되어 있는 경우에도 손상평가가 합리적으로 이루어질수 있음을 알 수 있었다.
The critical load of a continuous compression member was determined by the beam-analogy method. The proposed method utilizes the stress-analysis results of the analogous continuous beam, where imaginary concentrated lateral load changing its direction is applied at each midspan. The proposed method gives a lower bound error of critical load and can predict the span that buckles first. The effective length factors for braced frame columns can be easily determined by the present method, but result in the upper bound errors in all cases, which can lead to a conservative structural design.
Zohra, Djouaher Fatma;Nacer, Ihaddoudene Touati Abd
Structural Engineering and Mechanics
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제65권3호
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pp.327-334
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2018
In the steel structures design, beam-to-column connections are usually considered either rigid or pinned, while their actual behavior lies between these two ideal cases. This consideration has a major influence on the results of the local and the global behavior of steel structures. This influence is noticed in the case of a static analysis, and has an important effect in the case of a dynamic analysis. In fact, pinned and rigid nodes can be considered as two specific cases of a semi-rigid behavior. To study the efficiency of the classification adopted in Eurocode 3, a numerical simulation of semi-rigid nodes has been carried out using the software ANSYS. In the aim to validate this simulation, the numerical results are compared to those of an analytical approach. After that, the validated numerical simulation has been used, to evaluate the efficiency of the classification adopted by the Eurocode 3, regarding semi-rigid connections. Finally, a new method is proposed to define a more accurate evaluation about semi-rigid connections.
Base isolation is a well-established passive strategy for seismic response control of buildings. In this paper, an efficient framework is proposed for reliability-based design optimization (RBDO) of isolated buildings subjected to uncertain earthquakes. The framework uses reduced function evaluations method, as an efficient tool for structural reliability analysis, and an efficient optimization algorithm for optimal structural design. The probability of failure is calculated considering excessive base displacement, superstructure inter-storey drifts, member stress ratios and absolute accelerations of floors of the isolated building as failure events. The behavior of rubber bearing isolators is modeled using nonlinear hysteretic model and the variability of future earthquakes is modeled by applying a probabilistic approach. The effects of pulse component of stochastic near-fault ground motions, fixity-factor of semi-rigid beam-to-column connections, values of isolator parameters, earthquake magnitude and epicentral distance on the performance and safety of semi-rigidly connected base-isolated steel framed buildings are studied. Suitable RBDO examples are solved to illustrate the results of investigations.
Slabs in buildings and bridge decks, which are restrained against lateral displacements at the edges, have ultimate strengths far in excess of those predicted by analytical methods based on yield line theory. The increase in strength has been attributed to membrane action, which is due to the in-plane forces developed at the supports. The benefits of compressive membrane action are usually not taken into account in currently available design methods developed based on plastic flow theories assuming concrete to be a rigid-plastic material. By extending the existing knowledge of compressive membrane action, it is possible to design slabs in building and bridge structures economically with less than normal reinforcement. Recent research on building and bridge structures reflects the importance of membrane action in design. This paper describes the finite element modelling of membrane action in reinforced concrete slabs through optimisation of a simple concrete model. Through a series of parametric studies using the simple concrete model in the finite element simulation of eight fully clamped concrete slabs with significant membrane action, a set of fixed numerical model parameter values is identified and computational conditions established, which would guarantee reliable strength prediction of arbitrary slabs. The reliability of the identified values to simulate membrane action (for prediction purposes) is further verified by the direct simulation of 42 other slabs, which gave an average value of 0.9698 for the ratio of experimental to predicted strengths and a standard deviation of 0.117. A 'deflection factor' is also established for the slabs, relating the predicted peak deflection to experimental values, which, (for the same level of fixity at the supports), can be used for accurate displacement determination. The proposed optimised concrete model and finite element procedure can be used as a tool to simulate membrane action in slabs in building and bridge structures having variable support and loading conditions including fire. Other practical applications of the developed finite element procedure and design process are also discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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