According to former studies, the mechanical properties of reinforced concrete filled tubular steel (RCFT) columns differed greatly from that of concrete filled steel tubular (CFT) columns because of interaction of inserted reinforcement in RCFT. Employing an experiment-based verification policy, a general FE nonlinear analysis model was developed to analyze the mechanical behavior and failure mechanism of RCFT columns under uniaxial compression. The reasonable stress-strain relationships were suggested for confined concrete, reinforcements and steel tube in the model. The mechanism for shear failure of concrete core was found out in the numerical simulation, and a none-conventional method and equation for evaluating the confinement effect of RCFT were proposed.
This paper presents a restart iterative approach for time-domain flutter analysis of long-span bridges using the commercial FE package ANSYS. This approach utilizes the recursive formats of impulse-response-function expressions for bridge's aeroelastic forces. Nonlinear dynamic equilibrium equations are iteratively solved by using the restart technique in ANSYS, which enable the equilibrium state of system to get back to last moment absolutely during iterations. The condition for the onset of flutter instability becomes that, at a certain wind velocity, the amplitude of vibration is invariant with time. A long-span suspension bridge was taken as a numerical example to verify the applicability and accuracy of the proposed method by comparing calculated results with wind tunnel tests. The proposed method enables the bridge designers and engineering practitioners to carry out time-domain flutter analysis of bridges in commercial FE package ANSYS.
This paper describes the finite element (FE) analysis results of a 1/4 scale model of a prestressed concrete containment vessel (PCCV) by considering the tension stiffening effect, which is a result of the bond effect between the concrete and the steel. The tension stiffening model is assumed to be an exponential form based on the relationship between the average stress and the average strain of the concrete. The objective of the present FE analysis is to evaluate the ultimate internal pressure capacity of the PCCV, as well as its failure mechanism, when the PCCV model is subjected to a monotonous internal pressure beyond is design pressure capacity. With the commercial code ABAQUS, the FE analysis used two concrete failure criteria: a 2-dimensional axi-symmetric model with modified Drucker-Prager failure criteria and a 3-dimensional model with a damaged plasticity mod디. The results of our FE analysis on the ultimate pressure capacity and failure modes of PCCV have a good agreement with the experimental data.
Gunaydin, Murat;Erturk, Esin;Genc, Ali Fuat;Okur, Fatih Yesevi;Altunisik, Ahmet Can;Tavsan, Cengiz
Earthquakes and Structures
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제22권1호
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pp.65-82
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2022
This paper presents a structural performance assessment of a historical masonry clock tower both using numerical and experimental process. The numerical assessment includes developing of finite element model with considering different types of soil-structure interaction systems, identifying the numerical dynamic characteristics, finite element model updating procedure, nonlinear time-history analysis and evaluation of seismic performance level. The experimental study involves determining experimental dynamic characteristics using operational modal analysis test method. Through the numerical and experimental processes, the current structural behavior of the masonry clock tower was evaluated. The first five experimental natural frequencies were obtained within 1.479-9.991 Hz. Maximum difference between numerical and experimental natural frequencies, obtained as 20.26%, was reduced to 4.90% by means of the use of updating procedure. According to the results of the nonlinear time-history analysis, maximum displacement was calculated as 0.213 m. The maximum and minimum principal stresses were calculated as 0.20 MPa and 1.40 MPa. In terms of displacement control, the clock tower showed only controlled damage level during the applied earthquake record.
The objectives of this study are to determine the behavior of simply supported skew RC slabs subjected to a point load. The p-version nonlinear skew RC FE model has been used. Integrals of Legendre polynomials are used for shape functions with p-level varying from 1 to 10. In the nonlinear formulation of this model, the material model is based on the Kupfer's yield criterion, hardening rule, and crushing condition and layered model is used through the thickness. The cracking behavior is modeled by a smeared crack model and the fixed crack approach is adopted as the crack model. It is shown that the proposed model is able to adequately predict the deflection and ultimate load of nonlinear skew RC slabs with respect to steel arrangements and steel ratios.
Determining of the shape in the process of design for natural draught cooling tower is very important, because the shape of hyperbolic shell is respond sensitively to dynamic behavior of the whole cooling tower against wind load. In engineering practice, the geometric parameters have been determining based on the natural frequency. This study analyses influence of the tower shell geometric parameters on the structural behavior. For three representative models were selected, they were analyzed based on evaluation of damage by means of nonlinear FE-method. As a result, a hyperbolic rotational shell with the small radius overall was the lowest damage index induced by sufficient capacity of the stress redistribution and thus a wind-insensitive structure.
Thirumalaiselvi, A.;Anandavalli, N.;Rajasankar, J.;Iyer, Nagesh R.
Steel and Composite Structures
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제20권1호
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pp.167-184
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2016
This paper presents the details of Finite Element (FE) analysis carried out to determine the limiting deformation capacity and failure mode of Laced Steel-Concrete Composite (LSCC) beam, which was proposed and experimentally studied by the authors earlier (Anandavalli et al. 2012). The present study attains significance due to the fact that LSCC beam is found to possess very high deformation capacity at which range, the conventional laboratory experiments are not capable to perform. FE model combining solid, shell and link elements is adopted for modeling the beam geometry and compatible nonlinear material models are employed in the analysis. Besides these, an interface model is also included to appropriately account for the interaction between concrete and steel elements. As the study aims to quantify the limiting deformation capacity and failure mode of the beam, a suitable damage model is made use of in the analysis. The FE model and results of nonlinear static analysis are validated by comparing with the load-deformation response available from experiment. After validation, the analysis is continued to establish the limiting deformation capacity of the beam, which is assumed to synchronise with tensile strain in bottom cover plate reaching the corresponding ultimate value. The results so found indicate about $20^{\circ}$ support rotation for LSCC beam with $45^{\circ}$ lacing. Results of parametric study indicate that the limiting capacity of the LSCC beam is more influenced by the lacing angle and thickness of the cover plate.
Numerical procedures for the geometrically nonlinear finite element analysis of prestressed concrete shell structures under tendon-induced nonconservative loads have been presented. The equivalent load approach is employed to realize the effect of prestressing tendon. In this study, the tendon-induced nonconservative loads are rigorously formulated into the load correction stiffness matrix(LCSM) taking the characteristics of Present shell element into account. Also, improved nonlinear formulations of a shell element are used by including second order rotations in the displacement field. Numerical example shows that beneficial effect on the convergence behavior can be obtained by the realistic evaluation of tangent stiffness matrix according to the present approaches.
He, Yu Liang;Zhang, Chong;Wang, Li Chao;Yang, Ying;Xiang, Yi Qiang
Structural Engineering and Mechanics
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제80권5호
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pp.595-608
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2021
To investigate the mechanical behavior of large stud shear connector embedded in hybrid fiber-reinforced concrete (HFRC), a refined 3D nonlinear finite element (FE) model incorporating the constitutive model of HFRC was developed using ANSYS. Firstly, the test results conducted by the authors (He et al. 2017) were used to validate FE model of push out tests. Secondly, a total of 27 specimens were analyzed with various parameters including fiber volume fractions of HFRC, diameter of studs and HFRC strength. Finally, an empirical equation considering the contribution of steel fiber (SF) and polypropylene fiber (PF) was recommended to estimate the ultimate capacity of large stud shear connector embedded in HFRC.
Albegmprli, Hasan M.;Cevik, Abdulkadir;Gulsan, M. Eren;Kurtoglu, Ahmet Emin
Computers and Concrete
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제15권2호
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pp.259-277
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2015
The lack of experimental studies on the mechanical behavior of reinforced concrete (RC) haunched beams leads to difficulties in statistical and reliability analyses. This study performs stochastic and reliability analyses of the ultimate shear capacity of RC haunched beams based on nonlinear finite element analysis. The main aim of this study is to investigate the influence of uncertainty in material properties and geometry parameters on the mechanical performance and shear capacity of RC haunched beams. Firstly, 65 experimentally tested RC haunched beams and prismatic beams are analyzed via deterministic nonlinear finite element method by a special program (ATENA) to verify the efficiency of utilized numerical models, the shear capacity and the crack pattern. The accuracy of nonlinear finite element analyses is verified by comparing the results of nonlinear finite element and experiments and both results are found to be in a good agreement. Afterwards, stochastic analyses are performed for each beam where the RC material properties and geometry parameters are assigned to take probabilistic values using an advanced simulating procedure. As a result of stochastic analysis, statistical parameters are determined. The statistical parameters are obtained for resistance bias factor and the coefficient of variation which were found to be equal to 1.053 and 0.137 respectively. Finally, reliability analyses are accomplished using the limit state functions of ACI-318 and ASCE-7 depending on the calculated statistical parameters. The results show that the RC haunched beams have higher sensitivity and riskiness than the RC prismatic beams.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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