Reinforced concrete (RC) beams can be subjected to a complex combination of shear forces (V), torsional moments (T), flexural moments (M) and axial loads (N). This paper proposes a unified approach for the analysis of these elements. An existing model for the analysis of orthogonally reinforced concrete membrane elements subjected to in-plane shear and normal stresses is generalized to apply to the case of beams subjected to the complex loading. The combination of V and T can be critical. Torsion is modelled using the hollow-tube analogy. A direct equation for the calculation of the thickness of the equivalent hollow tube is proposed, and the shear stresses caused by V and T are combined using a simple approach. The development and the evaluation of the model are described. The calculations of the model are compared to experimental data from 350 beams subjected to various combinations of stress-resultants and to the calculations of the ACI and the CSA codes. The proposed model provides the most favorable results. It is also shown that it can accurately model the interaction between V and T. The proposed model provides a unified treatment of shear in beams subjected to complex stress-resultants and in thin membrane elements subjected to in-plane stresses.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.18
no.3E
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pp.173-181
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2006
The objectives of this study are to evaluate the reliability of an existing nonlinear analysis program for predicting the inelastic behavior of reinforced concrete frame with seismic details and to observe the redistribution of the internal forces, which can not be easily measured by an experiment. In order to carry out this task, the nonlinear analysis program of IDARC 2D(3) was run on a 2-bay, 2-story moment-resisting reinforced concrete plane frame with seismic details. (1) The effort to obtain the results of the analysis similar to those of experiment was made by determining the appropriate values of model parameters. The comparison of the analysis results with those of experiment and the observation of the distribution of internal forces obtained through nonlinear analysis points to the following conclusions. (1) The overall relationship between lateral load and lateral displacement given by the analysis is similar to that of experiment. However, the values of initial stiffness and the amount of energy dissipation in the initial displacement steps given by the analysis show larger values than those of experiment. (2) The analysis provided detailed information on the distribution and redistribution of internal forces and proved useful in elucidating the crack pattern, the sequence of the occurrence of plastic hinges, and the failure or yielding mechanism for the whole structure. (3) In spite of the similarity in overall behavior of analysis and experiment, there exists a significant discrepancy in some local behaviors. Furthermore, the hysteresis in the relationship between moment and curvature in some column ends have shown sudden deteriorations in strength, which can not be interpreted satisfactorily at the present time. Therefore, it is necessary to develop a better analytical model to fill this knowledge gap.
In this paper, a receding contact problem for an elastic layer resting on two quarter planes is considered. The layer is pressed by a stamp and distributed loads. It is assumed that the contact surfaces are frictionless and only compressive traction can be transmitted through the contact surfaces. In addition the effect of body forces are neglected. Firstly, the problem is solved analytically based on theory of elasticity. In this solution, the problem is reduced into a system of singular integral equations in which contact areas and contact stresses are unknowns using boundary conditions and integral transform techniques. This system is solved numerically using Gauss-Jacobi integral formulation. Secondly, two dimensional finite element analysis of the problem is carried out using ANSYS. The dimensionless quantities for the contact areas and the contact pressures are calculated under various distributed load conditions using both solutions. It is concluded that the position and the magnitude of the distributed load have an important role on the contact area and contact pressure distribution between layer and quarter plane contact surface. The analytic results are verified by comparison with finite element results.
TF magnet structures are the main structural components in the KSTAR magnet systems to protect the superconducting coils from mechanical, electrical, and thermal loads. TF coil structure supports CS and PF coil system. The inter-coil structure contains adjustable shear keys and conical bolts to provide pre-loading in toroidal direction and to resist against in-plane and out-of-plane forces that are the most critical loads on the TF magnet system. The conical bolts and shear keys are specially designed to assemble easily and to provide a convenient accommodation for a good alignment. The connection plate that is one of the prototype fabrications had been manufactured to study adjustability of conical bolts and shear keys for assembly of TF coil structure. We could measure the misalignments at the keyways and conical holes with the misalignment measuring instrument.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.53
no.1
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pp.10-17
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2016
When a planing hull straightly runs and turns, its floating position and pitch angle are changed depending on its speed, and large transient motion happens. In this paper, six degrees of freedom(6 DOF) equations of motion, which could simulate the motion of a planing hull, are established. Static and dynamic forces in vertical plane are modeled using pre-calculated displacements and metacentric heights depending on various draft, lift under bottom, and vertical damping coefficients which are used to tune the final motion. Hydrodynamic coefficients in horizontal plane at various equilibrium state are calculated by using Lewandowski's empirical formula and the speed-dependent equilibrium state are calculated beforehand by Savitsky's formula. The speed effects are considered by curve-fitting the coefficients at various speed to the polynomials. Accelerating, decelerating and backing, turning, and zig-zag are simulated and compared with the sea trial results, and it is confirmed that the speed reduction, roll, and pitch during such maneuvers of sea trial and simulation are well consistent.
The calculation of active earth pressure behind retaining wall is a typical three-dimensional (3D) problem with spatial effects. With the help of limit analysis, this paper firstly deduces the internal energy dissipation power equations and various external forces power equations of the 3D retaining wall under the nonlinear strength condition, such as to establish the work-energy balance equation. The pseudo-static method is used to consider the effect of earthquake on active earth pressure in horizontal state. The failure mode is a 3D curvilinear cone failure mechanism. For the different width of the retaining wall, the plane strain block is inserted in the symmetric plane. By optimizing all parameters, the maximum value of active earth pressure is calculated. In order to verify the validity of the new expressions obtained by the paper, the solutions are compared with previously published solutions. Agreement shows that the new expressions are effective. The results of different parameters are given in the forms of figures to analysis the influence caused by nonlinear strength parameters.
Beam-columns are structural members subjected to a combination of axial and bending forces. Lateral-torsional buckling is one of the main failure modes. Beam-columns that are bent about its strong axis may buckle out of the plane by deflecting laterally and twisting as the values of the applied loads reach a limiting state. Lateral-torsional buckling failure occurs suddenly in beam-column elements with a much greater in-plane bending stiffness than torsional or lateral bending stiffness. This study intends to establish a unique convenient closed-form equation that it can be used for calculating critical elastic lateral-torsional buckling load of beam-column in the presence of a known axial load. The presented equation includes first order bending distribution, the position of the loads acting transversely on the beam-column and mono-symmetry property of the section. Effects of axial loads, slenderness and load positions on lateral torsional buckling behavior of beam-columns are investigated. The proposed solutions are compared to finite element simulations where thin-walled shell elements including warping are used. Good agreement between the analytical and the numerical solutions is demonstrated. It is found out that the lateral-torsional buckling load of beam-columns with mono-symmetric sections can be determined by the presented equation and can be safely used in design procedures.
Ilyas Aidyngaliyev;Dichuan Zhang;Robert Fleischman;Chang-Seon Shon;Jong Kim
Computers and Concrete
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v.33
no.2
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pp.195-204
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2024
Floor inertial forces are transferred to lateral force resisting systems through a diaphragm action during earthquakes. The diaphragm action requires floor slabs to carry in-plane forces. In precast concrete diaphragms, these forces must be carried across the joints between precast floor units as they represent planes of weakness. Therefore, diaphragm reinforcement with sufficient strength and deformability is necessary to ensure the diaphragm action for the floor inertial force transfer. In a shake table test for a three-story precast concrete structure, an unexpected local failure in the diaphragm flexural reinforcement occurred. This failure caused loss of the diaphragm action but did not trigger collapse of the structure due to a possible alternative path for the floor inertial force transfer. This paper investigates this failure event and its impact on structural seismic responses based on the shake table test and simulation results. The simulations were conducted on a structural model with discrete diaphragm elements. The structural model was also validated from the test results. The investigation indicates that additional floor inertial force will be transferred into the gravity columns after loss of the diaphragm action which can further result in the increase of seismic demands in the gravity column and diaphragms in adjacent floors.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.24
no.8
s.197
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pp.122-129
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2007
To evaluate the effect of artificial disc implantation and fusion on the biomechanics of adjacent motion segment, a nonlinear three-dimensional finite element model of whole lumbar spine (L1-S1) was developed. Biomechanical analysis was performed for two different types of artificial disc, ProDisc and SB $Charit{\acute{e}}$ III model, inserted at L4-L5 level and these results were also compared with fusion case. Angular motion of vertebral body, forces on the spinal ligaments and facet joint under sagittal plane loading with a compressive preload of 150 N at a nonlinear three-dimensional finite element model of Ll-S1 were compared. The implant did not significantly alter the kinematics of the motion segment adjacent to the instrumented level. However, $Charit{\acute{e}}$ III model tend to decrease its motion on the adjacent levels, especially in extension motion. Contrast to motion and ligament force changes, facet contact forces were increased in the adjacent levels as well as implanted level for constrained instantaneous center of rotation model, i.e. ProDisc model.
The authors adopt the Unmanned Undersea Vehicle(UUV), the shape of which is like a manta. They call here it Manta UUV. Manta UUV has been designed from the similar concept of the UUV called Manta Test Vehicle(MTV), which was originally built by the Naval Undersea Warfare Center of USA(Lisiewicz and French, 2000; Simalis et al., 2001; U.S. Navy, 2004). The present study deals with the effect of Reynolds numbers on hydrodynamic forces acting on Manta UUV at large angles of attack. The large angles of attack cover the whole range of 0 to ${\pm}$ 180 degrees in horizontal plane and in vertical plane respectively. Static test at large attack angles has been carried out with two Manta UUV models in circulating water channel. The authors assume that the experimental results of hydrodynamic forces (lateral force, yaw moment, vertical force and pitch moment) are analyzed into two components, which are lift force component and cross-flow drag component. First of all, Based on two dimensional cross-flow drag coefficient at 90 degrees of attack angle, the cross-flow drag component at whole range of attack angles is calculated. Then the remainder is assumed to be the lift force component. The only cross-flow drag component is assumed to be subject to Reynolds number.entstly the authors suggest the methodology to predict hydrodynamic derivertives acting on the full-scale Manta UUV.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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