With an active structural involvement in spiral case structure (SCS) that is always the design and research focus of hydroelectric power plant (HPP), the compressible membrane sandwiched between steel spiral case and surrounding reinforced concrete was often assumed to be linear elastic material in conventional design analysis of SCS. Unfortunately considerable previous studies have proved that the foam material serving as membrane exhibits essentially nonlinear mechanical behavior. In order to clarify the effect of membrane (foam) material's nonlinear stress-strain behavior on SCS, this work performed a case study on SCS with a compressible membrane using the ABAQUS code after a sound calibration of the employed constitutive model describing foam material. In view of the successful capture of fitted stress-strain curve of test by the FEM program, we recommend an application and dissemination of the simulation technique employed in this work for membrane material description to structural designers of SCS. Even more important, the case study argues that taking into account the nonlinear stress-strain response of membrane material in loading process is definitely essential. However, we hold it unnecessary to consider the membrane material's hysteresis and additionally, employment of nonlinear elastic model for membrane material description is adequate to the structural design of SCS. Understanding and accepting these concepts will help to analyze and predict the structural performance of SCS more accurately in design effort.
One of the shortcomings of seismic bridge design codes is the lack of clarity in defining the role of different seismic isolation systems with linear or nonlinear behavior in terms of R-factor. For example, based on AASHTO guide specifications for seismic isolation design, R-factor for all substructure elements of isolated bridges should be half of those expressed in the AASHTO standard specifications for highway bridges (i.e., R=3 for single columns and R=5 for multiple column bent) but not less than 1.50. However, no distinction is made between two commonly used types of seismic isolation devices, i.e., elastomeric rubber bearing (ERB) with linear behavior, and lead rubber bearing (LRB) with nonlinear behavior. In this paper, five existing bridges located in Iran with two types of deck-pier connection including ERB and LRB isolators, and two bridge models with monolithic deck-pier connection are developed and their R-factor values are assessed based on the Uang's method. The average R-factors for the bridges with ERB isolators are calculated as 3.89 and 4.91 in the longitudinal and transverse directions, respectively, which are not in consonance with the AASHTO guide specifications for seismic isolation design (i.e., R=3/2=1.5 for the longitudinal direction and R=5/2=2.5 for the transverse direction). This is a clear indicator that the code-prescribed R-factors are conservative for typical bridges with ERB isolators. Also for the bridges with LRB isolators, the average computed R-factors equal 1.652 and 2.232 in the longitudinal and transverse directions, respectively, which are in a good agreement with the code-specified R-factor values. Moreover, in the bridges with monolithic deck-pier connection, the average R-factor in the longitudinal direction is obtained as 2.92 which is close to the specified R-factor in the bridge design codes (i.e., 3), and in the transverse direction is obtained as 2.41 which is about half of the corresponding R-factor value in the specifications (i.e., 5).
Journal of the Institute of Convergence Signal Processing
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v.11
no.1
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pp.47-52
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2010
For cryptographic systems, nonlinearity is crucial since most linear systems are easily decipherable. C.Bracken, Z.Zhaetc., propose the APN(Almost Perfect Nonlinear) functions with the properties similar to those of the bent functions with perfect nonlinearity. We design two kinds of new code sequence generating algorithms using the above APN functions. And we find that the out of phase ${\tau}\;{\neq}\;0$, autocorrelation functions, $R_{ii}(\tau)$ and the crosscorrelation functions, $R_{ik}(\tau)$ of the binary code sequences generated by two new algorithms over GF(2), have three values of {-1, $-1-2^{n/2}$, $-1+2^{n/2}$}. We also find that the out of phase ${\tau}\;{\neq}\;0$, autocorrelation functions, $R_{p,ii}(\tau)$ and the crosscorrelation functions, $R_{p,ik}(\tau)$ of the nonbinary code sequences generated by the modified algorithms over GF(p), $p\;{\geq}\;3$, have also three values of {$-1+p^{n-1}$, $-1-p^{(n-1)/2}+p^{n-1}$, $-1+p^{(n-1)/2}p^{n-1}$}. We show that these code sequences have the characteristics of the correlation functions similar to those of Gold code sequences.
The purpose of this study is to evaluate performance and safety of structures designed according to current seismic code or provisions (e.g., Uniform Building Code(UBC), NEHRP provisions, etc.) during lifetime of structures. The performance is represented in terns of reliability in this paper. To perform reliability analyses, a large number of time history response analyses for a given structure are usually required. In this study, to perform reliability analyses ground motions are generated based on nonstationary random process and structures are designed based on UBC. In this paper, responses of structures under a given earthquake is evaluated using dynamic nonlinear time history analyses and also an equivalent nonlinear system (ENS) with response scaling factors. The ENS system is described in the companion paper. Therefore, this paper evaluates the seismic performance of structures and also verify the accuracy of ENS.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.31
no.3A
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pp.199-206
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2011
In Korea, the current design codes for the bridge vessel collision load are based on AASHTO LRFD code which derived from the mean collision forces of the Woisin's test. To estimate the conservativeness of the code, in this study, the mean forces of head on collisions were evaluated from the mass-acceleration relationship of vessel and the deformation-kinetic energy relationship of bow those obtained from the series of nonlinear finite element analysis, and the mean forces were compared to that in AASHTO design code. As results, the variations of the mean forces versus the sizes of vessels were represented similar tendency, even those of the code are very conservative. However, the variations of mean collision force versus those of collision speeds were dominated by the plastic deformation of bow and it was differ from those of the code that have linear relationship with the collision speeds.
Lakhade, Suraj O.;Kumar, Ratnesh;Jaiswal, Omprakash R.
Structural Engineering and Mechanics
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v.62
no.2
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pp.209-224
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2017
Elevated water tanks are considered as important structures due to its post-earthquake requirements. Elevated water tank on reinforced concrete frame staging is widely used in India. Different response reduction factors depending on ductility of frame members are used in seismic design of frame staging. The study on appropriateness of response reduction factor for reinforced concrete tank staging is sparse in literature. In the present paper a systematic study on estimation of key components of response reduction factors is presented. By considering the various combinations of tank capacity, height of staging, seismic design level and design response reduction factors, forty-eight analytical models are developed and designed using relevant Indian codes. The minimum specified design cross section of column as per Indian code is found to be sufficient to accommodate the design steel. The strength factor and ductility factor are estimated using results of nonlinear static pushover analysis. It was observed that for seismic design category 'high' the strength factor has lesser contribution than ductility factor, whereas, opposite trend is observed for seismic design category 'low'. Further, the effects of staging height and tank capacity on strength and ductility factors for two different seismic design categories are studied. For both seismic design categories, the response reduction factors obtained from the nonlinear static analysis is higher than the code specified response reduction factors. The minimum dimension restriction of column is observed as key parameter in achieving the desired performance of the elevated water tank on frame staging.
This study aims to evaluate seismic performance of existing low and mid-rise reinforced concrete buildings by comparing their displacement capacities and displacement demands under selected ground motions experienced in Turkey as well as demand spectrum provided in 2007 Turkish Earthquake Code for design earthquake with 10% probability of exceedance in 50 years for soil class Z3. It should be noted that typical residential buildings are designed according to demand spectrum of 10% probability of exceedance in 50 years. Three RC building sets as 2-, 4- and 7-story, are selected to represent reference low-and mid-rise buildings located in the high seismicity region of Turkey. The selected buildings are typical beam-column RC frame buildings with no shear walls. The outcomes of detailed field and archive investigation including approximately 500 real residential RC buildings established building models to reflect existing building stock. Total of 72 3-D building models are constructed from the reference buildings to include the effects of some properties such as structural irregularities, concrete strength, seismic codes, structural deficiencies, transverse reinforcement detailing, and number of story on seismic performance of low and mid-rise RC buildings. Capacity curves of building sets are obtained by nonlinear static analyses conducted in two principal directions, resulting in 144 models. The inelastic dynamic characteristics are represented by "equivalent" Single-Degree-of- Freedom (ESDOF) systems using obtained capacity curves of buildings. Nonlinear time history analysis is used to estimate displacement demands of representative building models idealized with (ESDOF) systems subjected to the selected ground motion records from past earthquakes in Turkey. The results show that the significant number of pre-modern code 4- and 7-story buildings exceeds LS performance level while the modern code 4- and 7-story buildings have better performances. The findings obviously indicate the existence of destructive earthquakes especially for 4- and 7-story buildings. Significant improvements in the performance of the buildings per modern code are also obvious in the study. Almost one third of pre-modern code buildings is exceeding LS level during records in the past earthquakes. This observation also supports the building damages experienced in the past earthquake events in Turkey.
Zhang, Dichuan;Fleischman, Robert B.;Lee, Deuckhang
Earthquakes and Structures
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v.20
no.1
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pp.13-27
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2021
A new seismic design methodology has been developed for precast concrete diaphragms. Seismic design factors were used to be applied on top of diaphragm seismic design forces in the current code. These factors, established through extensive parametric studies, align diaphragm design strengths with different seismic performance targets. A simplified evaluation structure with a single-bay plan was used in the parametric studies. This simplified evaluation structure is reasonable and cost-effective as it can comprehensively cover structural geometries and design parameters. However, further verification and investigation are required to apply these design factors to prototype structures with realistic layouts. This paper presents diaphragm design of several precast concrete office buildings using the new design methodology. The applicability of the design factor to the office building was evaluated and verified through nonlinear time history analyses. The seismic behavior and performance of the diaphragm were investigated for the precast concrete office buildings. It was found that the design factor established for the new design methodology is applicable to the realistic precast concrete office buildings.
Computational Structural Engineering : An International Journal
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v.1
no.2
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pp.117-130
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2001
Investigations of low-rice unbounded reinforced concrete shear walls with or without openings are performed with comparison of analytical and experimental results. Theoretical analysis is based on nonlinear finite element algorithm, which incorporates concrete failure criterion and nonlinear constitutive relationships. Studios focus on the effects of height-to-length ratio of shear walls, opening ratio, horizontal and vertical reinforcement radios, and diagonal reinforcement. Analytical solutions conform well with experimental results. Equations for cracking, yielding and ultimate loads with corresponding lateral displacements are derived by regression using analytical results and experimental data. Also, failure modes of low-rise unbounded shear walls are theoretically investigated. An explanation of change in failure mode is ascertained by comparing analytical results and ACI code equations. Shear-flexural failure can be obtained with additional flexural reinforcement to increase a wall's capacity. This concept leads to a design method of reducing flexural reinforcement in low-rise bounded solid shear wall's. Avoidance of shear failure as well as less reinforcement congestion leer these walls is expected.
Tubes in heat exchanger of fuel rods in reactor core are supported at intemediate point by support p0lates or springs. Current practice is, in case of heat exchanger, to allow clearance between tube and support plate for design and manufacturing consideration. And in case of fuel rod the clearance in support point can be generated due to the support spring force relaxation. Flow-induced vibration of a tube can cause it to impact or rub against support plate or against adjacent tubes and can result in fretting-wear. The tube-to- support dynamic interaction is used to relate experimental wear data from single-span test rigs to real multi-span heat exchanger configurations. The dynamic interaction cna be measured during experimental wear tests. However, the dynamic interaction is difficult to measure in real heat exchangers and, therefore, analytical techniques are required to estimate this interaction. This paper describels the nonlinear impact model of DAGS(Dynamic Analysis of Gapped Structure) code which simulates the tube response to external sinusodial or step excitation and predicts tube motion and tube-to-support dynamic interaction. Three experimental measurements-two single span rods excited by sinusodial force and a two span rod impacted by a steel ball are compared from the simulation nonlinear model of DAGS code. The simulation results from DAGS code are in good agreement with measurements. Therefore, the developed model of DAGS code is good analytical tool for estimating tube-to-support dynamic interaction in real heat exchangers.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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