The damping effect of a Concrete-filled Rectangular Steel Tube (CRST) frame structure is studied in this paper. Viscous dampers are employed to insure the function of the building especially subjected to earthquakes, for some of the main vertical elements of the building are not continuous. The shaking table test of a 1:15 scale model was conducted under different earthquake excitations to recognize the seismic behavior of this building. And the vibration damping effect was also investigated by the shaking table test and the simulation analysis. The nonlinear time-history analysis of the shaking table test model was carried out by the finite element analysis program CANNY. The simulation model was constructed in accordance with the tested one and was analyzed under the same loading condition and the simulation effect was then validated by the tested results. Further more, the simulation analysis of the prototype structure was carried out by the same procedure. Both the simulated and tested results indicate that there are no obvious weak stories on the damping equipped structure, and the dampers can provide the probability of an irregular CRST frame structure to meet the requirements of the design code on energy dissipation and deformation limitation.
A diffuser, an important equipment to change kinetic energy into pressure energy, has been studied for a long time. Though experimental and theoretical researches have been done, the understanding of energy transfer and detailed mechanism of energy dissipation is unclear. As far as numerical prediction of diffuser flows are concerned, various numerical studies have also been done. On the contrary, many turbulence models have constraint to the applicability of diffuser-like complex flows, because of anisotropy of turbulence near the wall and of local nonequilibrium induced by an adverse pressure gradient. The existing $k-{\epsilon}$ turbulence models have some problems in the case of being applied to complex turbulent flows. The purpose of this paper is to test the applicability of the nonlinear $k-{\epsilon}$ model concerning diffuser-like flows with expansion and streamline curvature. The results show that the nonlinear $k-{\epsilon}$ turbulence model predicted well the coefficient of pressure, velocity profiles and turbulent kinetic energy distributions, however the shear stress prediction was failed.
Kim, Kyung-Min;Oh, Sang-Hoon;Lee, Sang-Ho;Lee, Han-Seon
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.16
no.2
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pp.15-24
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2012
Domestic reinforced concrete (RC) apartments have a unique structural system that consists of shear walls and rink members of slabs and lintels. In this study, the nonlinear static analysis of two RC shear wall sub-assemblages, with and without lintels, was conducted using the uniaxial spring model to develop a method for accurately predicting the seismic behavior of domestic RC apartments. In the case of the specimen without lintels, the analytical result successfully represented a simulation of the nonlinear behavior of the specimen in accordance with the test result. On the other hand, in the case of the specimen with lintels, the analysis resulted in underestimating the nonlinear behavior of the specimen compared to the test result, because the coupling effect could not be predicted from the earlier loading cycle.
Biswas, Sanjit;Manna, Bappaditya;Choudhary, Shiva S.
Geomechanics and Engineering
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v.5
no.3
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pp.223-240
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2013
In the present study an attempt was made to predict the complex nonlinear parameters of the soil-pile system subjected to the vertical vibration of rotating machines. A three dimensional (3D) finite element (FE) model was developed to predict the nonlinear dynamic response of full-scale pile foundation in a layered soil medium using ABAQUS/CAE. The frequency amplitude responses for different eccentric moments obtained from the FE analysis were compared with the vertical vibration test results of the full-scale single pile. It was found that the predicted resonant frequency and amplitude of pile obtained from 3D FE analysis were within a reasonable range of the vertical vibration test results. The variation of the soil-pile separation lengths were determined using FE analysis for different eccentric moments. The Novak's continuum approach was also used to predict the nonlinear behaviour of soil-pile system. The continuum approach was found to be useful for the prediction of the nonlinear frequency-amplitude response of full-scale pile after introducing the proper boundary zone parameters and soil-pile separation lengths.
Yanez, Sergio J.;Dinehart, David W.;Pina, Juan Carlos;Guzman, Carlos Felipe
Steel and Composite Structures
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v.44
no.4
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pp.545-555
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2022
Empirical relationships that capture the nonlinear behavior of headed steel shear stud anchors have been derived from standard push out tests, where the specimens are comprised of large wide flanged steel sections attached to flat concrete slabs via the anchors. However, many composite systems used in practice utilize much smaller steel members and/or steel decking as part of the slab system. Composite open web steel joist systems generally include both of these elements and consequently the nonlinear performance ofthe anchor is not accurately represented by existing models. In this paper, a new empirical relation is presented for open web steel joist systems based on experimental results from a modified push out test that more realistically represent a composite open web steel joist system. The methodology for obtaining the proposed nonlinear function where the response of the system is characterized by two parameters(α and β) is presented. The two-step process for obtaining the two parameters is described and the empirical relation is calibrated with the experimental data. In comparison with existing expressions, the new proposal herein more accurately predicts the high initialstiffness of the system and overall nonlinear system performance.
Fastening systems have a significant role in the response of railway slab track systems. Although experimental tests indicate nonlinear behavior of fastening systems, they have been simulated as a linear spring-dashpot element in the available literature. In this paper, the influence of the nonlinear behavior of fastening systems on the slab track response was investigated. In this regard, a nonlinear model of vehicle/slab track interaction, including two commonly used fastening systems (i.e., RFFS and RWFS), was developed. The time history of excitation frequency of the fastening system was derived using the short time Fourier transform. The model was validated, using the results of a comprehensive field test carried out in this study. The frequency response of the track was studied to evaluate the effect of excitation frequency on the railway track response. The results obtained from the model were compared with those of the conventional linear model of vehicle/slab track interaction. The effects of vehicle speed, axle load, pad stiffness, fastening preload on the difference between the outputs obtained from the linear and nonlinear models were investigated through a parametric study. It was shown that the difference between the results obtained from linear and nonlinear models is up to 38 and 18 percent for RWFS and RFFS, respectively. Based on the outcomes obtained, a nonlinear to linear correction factor as a function of vehicle speed, vehicle axle load, pad stiffness and preload was derived. It was shown that consideration of the correction factor compensates the errors caused by the assumption of linear behavior for the fastening systems in the currently used vehicle track interaction models.
A new nonlinear model was developed to evaluate the shear resistance of steel fiber-reinforced concrete beams (SFRCB) using linear genetic programming (LGP). The proposed model relates the shear strength to the geometrical and mechanical properties of SFRCB. The best model was selected after developing and controlling several models with different combinations of the influencing parameters. The models were developed using a comprehensive database containing 213 test results of SFRC beams without stirrups obtained through an extensive literature review. The database includes experimental results for normal and high-strength concrete beams. To verify the applicability of the proposed model, it was employed to estimate the shear strength of a part of test results that were not included in the modeling process. The external validation of the model was further verified using several statistical criteria recommended by researchers. The contributions of the parameters affecting the shear strength were evaluated through a sensitivity analysis. The results indicate that the LGP model gives precise estimates of the shear strength of SFRCB. The prediction performance of the model is significantly better than several solutions found in the literature. The LGP-based design equation is remarkably straightforward and useful for pre-design applications.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.50
no.1
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pp.41-48
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2013
Several fatigue damages have recently been reported which cannot be resolved in the context of the existing fatigue design procedure, and they are suspected to be the cracks induced by the low cycle fatigue mechanism. To tackle the problem, a series of material tests together with fatigue tests have been carried out, and elasto-plastic notch strain analysis using nonlinear kinematic hardening model has been performed. The cyclic stress-strain curves are obtained and the nonlinear kinematic hardening model was calibrated based on the obtained material data. Also, the fatigue test with non-load-carrying cruciform fillet welded joint has been performed in low cycle fatigue regime. Then, the notch strain analyses have been carried out to find the precise elasto-plastic behavior of the material at the notch root of the cruciform joint. The variation of the material property from the base metal via HAZ up to the weld metal was taken into account using spatial variation of the material property. Then the detail elasto-plastic behavior of the welded joint subjected to the repeated cyclic loading has been investigated further through the comparison with the prediction with Neuber's rule. The calibration of the nonlinear kinematic hardening model and nonlinear notch strain analyses have been performed using the commercial FE program ABAQUS.
In this study, a driver model based on the lead-lag controller for stable maneuver of a highly nonlinear, multi-dimensional, numerically stiff multibody vehicle model according to the various handling test requirements such as steady-state cornering, double lange change, etc. is presented The lead-lag controller is developed with lead and lag compensation. which use the transfer function with cross-over frequency by frequency response method. The proposed driver model is applied to a vehicle model in steady-state and slalom maneuver to verify its effectiveness and validity. The results show that the proposed path control strategy is excellent both in pursuing the desired course and stability of the vehicle.
In this study, the accuracy and reliability of fully nonlinear method against equivalent linear method for dynamic analysis of soil-structure interaction is investigated comparing the predicted results of both numerical procedures with the results of experimental shaking table tests. An enhanced numerical soil-structure model has been developed which treats the behaviour of the soil and the structure with equal rigour. The soil-structural model comprises a 15 storey structural model resting on a soft soil inside a laminar soil container. The structural model was analysed under three different conditions: (i) fixed base model performing conventional time history dynamic analysis, (ii) flexible base model (considering full soil-structure interaction) conducting equivalent linear dynamic analysis, and (iii) flexible base model performing fully nonlinear dynamic analysis. The results of the above mentioned three cases in terms of lateral storey deflections and inter-storey drifts are determined and compared with the experimental results of shaking table tests. Comparing the experimental results with the numerical analysis predictions, it is noted that equivalent linear method of dynamic analysis underestimates the inelastic seismic response of mid-rise moment resisting building frames resting on soft soils in comparison to the fully nonlinear dynamic analysis method. Thus, inelastic design procedure, using equivalent linear method, cannot adequately guarantee the structural safety for mid-rise building frames resting on soft soils. However, results obtained from the fully nonlinear method of analysis fit the experimental results reasonably well. Therefore, this method is recommended to be used by practicing engineers.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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