• Smart Structures and Systems
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• 제19권4호
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• pp.403-413
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• 2017

The present article encompasses a nonlinear finite element (FE) and genetic algorithm (GA) based optimal vibration energy harvesting from nonprismatic piezo-laminated cantilever beams. Three cases of cross section profiles (such as linear, parabolic and cubic) are modelled to analyse the geometric nonlinear effects on the output responses such as displacement, voltage, and power. The simultaneous effects of taper ratios (such as breadth and height taper) on the output power are also studied. The FE based nonlinear dynamic equation of motion has been solved by an implicit integration method (i.e., Newmark method in conjunction with the Newton-Raphson method). Besides this, a real coded GA based constrained optimization scheme has also been proposed to determine the best set of design variables for optimal harvesting of power within the safe limits of beam stress and PZT breakdown voltage.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제24권6호
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• pp.647-664
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• 2006

In this study, an improved finite element formulation with a scheme of solution for the large deflection analysis of inextensible prismatic and nonprismatic slender beams is developed. For this purpose, a three-noded Lagrangian beam-element with two dependent degrees of freedom per node (i.e., the vertical displacement, y, and the actual slope, $dy/ds=sin{\theta}$, where s is the curved coordinate along the deflected beam) is used to derive the element stiffness matrix. The element stiffness matrix in the global xy-coordinate system is achieved by means of coordinate transformation of a highly nonlinear ($6{\times}6$) element matrix in the local sy-coordinate. Because of bending with large curvature, highly nonlinear expressions are developed within the global stiffness matrix. To achieve the solution after specifying the proper loading and boundary conditions, an iterative quasi-linearization technique with successive corrections are employed considering these nonlinear expressions to remain constant during all iterations of the solution. In order to verify the validity and the accuracy of this study, the vertical and the horizontal displacements of prismatic and nonprismatic beams subjected to various cases of loading and boundary conditions are evaluated and compared with analytic solutions and numerical results by available references and the results by ADINA, and excellent agreements were achieved. The main advantage of the present technique is that the solution is directly obtained, i.e., non-incremental approach, using few iterations (3 to 6 iterations) and without the need to split the stiffness matrix into elastic and geometric matrices.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 한국방재학회 2009년도 정기 학술발표대회
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• pp.130.1-130.1
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• 2009

• Steel and Composite Structures
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• 제1권2호
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• pp.213-230
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• 2001

This paper presents a simplified approach for the design of semi-continuous composite beams in braced frames, where specific attention is given to the effect of joint rotational stiffness. A simple composite beam model is proposed incorporating the effects of semi-rigid end connections and the nonprismatic properties of a 'cracked' steel-concrete beam. This beam model is extended to a sub-frame in which the restraining effects from the adjoining members are considered. Parametric studies are performed on several sub-frame models and the results are used to show that it is possible to correlate the amount of moment redistribution of semi-continuous beam within the sub-frame using an equivalent stiffness of the connection. Deflection equations are derived for semi-continuous composite beams subjected to various loading and parametric studies on beam vibrations are conducted. The proposed method may be applied using a simple computer or spreadsheet program.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 한국방재학회 2010년도 정기 학술발표대회
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• pp.83.2-83.2
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• 2010

Stepped I-beams having increased moment of inertia at one end(singly stepped beam) or both ends(doubly stepped beams) can often be seen in construction of bridges due to material economy and easy fabrication of the section. This paper presents the results of the parametric study of lateral torsional buckling of monosymmetric stepped I-beams with constant depth subjected to equal and opposite end moments applied at the end of the beam. Design recommendations were made based on the finite element results of the models having different combinations of monosymmetric ratio, stepped length ratio, flange thickness ratio and flange width ratio,. The proposed approximation is acceptable based on the parameters given having mostly conservative results. The proposed equation can be further used to extend the study to different loading conditions.

• 대한토목학회논문집
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• 제14권1호
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• pp.71-81
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• 1994

시공단계를 고려한 곡선변단면 프리스트레스트 콘크리트 박스거더교량의 해석을 수행하였다. 곡선변단면 박스요소를 사용하며 시공순서에 따른 구조계의 변화, 크리이프, 건조수축과 릴렉세이션 등의 효과를 고려하였다. 사용되는 단면형상은 양쪽에 캔틸레버를 갖는 직사각형 1실 박스단변이며 부재축은 평면상의 곡선으로 단면제원은 부재축을 따라 변할 수 있다. 각 요소는 3절점으로 구성되며 각 절점은 단면 찌그러짐과 ?을 포함하는 8자유도를 가진다. 본 연구에서 여러가지 경우의 예를 해석, 비교하였으며 실제교량에의 적용 가능성을 입증하였다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제52권4호
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• pp.723-738
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• 2014

Prestressing is the most commonly employed technique in bridges and long span beams in commercial buildings as prestressing results in slender section with higher load carrying capacities. This work is an attempt to study the performance of a minimum weight prestressed concrete beam adopting a non-prismatic section so that there will be a reduction in the volume of concrete which in turn reduces the self-weight of the structure. The effect of adopting a non-prismatic section on parameters like prestressing force, area of prestressing steel, bending stresses, shear stresses and percentage loss of prestress are established theoretically. The analysis of non-prismatic prestressed beams is based on the assumption of pure bending theory. Equations are derived for dead load bending moment, eccentricity, and depth at any required section. Based on these equations an algorithm is developed which does the stress checks for the given section for every 500 mm interval of the span. Limit state method is used for the design of beam and finite difference method is used for finding out the deflection of a non-prismatic beam. All the parameters of nonprismatic prestressed concrete beams are compared with that of the rectangular prestressed concrete members and observed that minimum weight design and economical design are not same. Minimum weight design results in the increase in required area of prestressing steel.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제11권1호통권38호
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• pp.13-22
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• 1999

본 연구에서는 처짐각법을 개선하여 강박스형교의 뒤틀림 거동을 분석할 수 있는 프로그램을 개발하였다. 박스거더의 뒤틀림 거동을 분석하는 대표적인 방법으로 BEF유사법과 EBEF법이 있으나, 전자는 등단면에 국한되고 경계조건에 따른 적분상수를 계산하기 위해 복잡한 삼각함수를 적용해야 하는 번거로움이 있다. 후자는 격벽의 강성을 무한으로 하여 연속보로 해석하는 근시적인 수치해석 방법이다. 따라서 본 연구에서는 변단면과 격벽의 강성을 해석에 반영할 수 있는 방법을 개발하였다. 몇 가지 예제 해석을 통하여 본 연구에서 개발한 프로그램의 타당성을 검증하였고, 격벽의 강성에 따른 매개변수 연구를 수행하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제18권2호
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• pp.191-201
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• 2006

본 연구에서는 비지지길이 양단에 계단식 단면 변화를 가지는 보에 대해 횡-비틀림 좌굴강도를 합리적으로 산정하기 위 한 새로운 모멘트 구배 수정계수를 개발, 제안하였다. 제안된 식은 건물과 교량에 사용된 보의 양단에 개별 지지만 존재하는 경우와, 슬래브 등이 타설되어 상부플랜지에 연속적인 횡방향 지지가 존재하는 경우로 구분되어 연구되었다. 새로운 모멘트 구배 수정계수식을 개발하기 위하여 유한요소해석 프로그램이 활용되었으며, 제안식은 기존에 발표된 식들과 비교 분석되었다. 구조물에 발생가능한 대부분의 하중조건이 본 연구에 고려되었으나, 본 논문에서는 하나의 집중하중과 등분포하중이 작용하는 경우를 중점으로 기술되었다. 본 연구에서는 비지지길이와 보작용시 적용 가능하도록 식이 개발 제안되었다. 본 논문을 통해 제안된 새로운 모멘트 구배 수정계수식들은 건물과 교량의 설계 및 유지관리 기술자들이 간편하고 경제적인 설계를 유도하는 데 크게 기여할 것이다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제15권6호
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• pp.135-146
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• 2011

강구조물은 주로 도장에 의해 방식처리 되고 있지만, 장기간 사용함에 따라 강재표면에 부식손상이 발생하게 된다. 이러한 부식손상은 단면감소와 이로 인한 좌굴내하력을 저하시킬 우려가 있다. 현재 다양한 등단면형상과 지지조건에 대한 좌굴강도 추정식 및 설계식이 제안되어 있으나, 부식손상으로 인한 불규칙한 변단면 강부재의 축압축 좌굴강도 평가법은 아직 확립되어 있지 않다. 본 연구에서는 부식 손상된 가시설 강부재에서 절취한 강재시편의 축압축 좌굴실험을 실시하여, 부식강재의 좌굴강도 평가에 대한 기초적 연구를 수행하였다. 본 실험에서는 먼저 가시설 주형보의 웨브로부터 시편 지지길이를 200, 300, 400, 500, 600mm로 달리한 5종류 시편을 각각 2개씩 총 10개의 강재시편을 절취하고, 화학적 방법에 의해 녹을 제거하였다. 그리고 3차원 광학 스캐너를 이용하여 $1{\times}1mm$ 간격으로 표면형상을 측정하여, 각 시편의 잔존두께를 산출하였다. 그리고 10개의 부식 손상된 시편과 부식 손상되지 않은 무부식 시편 12개를 양단 완전고정지지 조건하에서 축압축 좌굴실험을 실시하여, 부식두께감소량 및 시편의 표면형상과 축압축 좌굴강도와의 상관관계를 분석하였다. 그 결과, 부식 손상정도에 상관없는 무부식 등단면 강재와 동일하게 좌굴강도를 평가할 수 있는 불규칙 변단면 부식강재의 폭방향평균 최소두께 또는 평균잔존두께와 표준편차의 차로 계산되는 유효두께를 적용하여 축압축 좌굴강도을 추정할 수 있음을 제안하였다. 또한 이러한 결과를 실무에도 적용할 수 있도록 실용적인 부식강재의 잔존두께 측정간격도 제시하였다.