Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.23
no.6
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pp.715-726
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2010
In this paper, a comparative study of metallic and non-metallic stiffened plates under a lateral pressure load is performed using conventional statistically determinate and SQP(Sequential Quadratic Programming) optimisation approaches. Initially, a metallic flat-bar stiffened plate is exemplified from the superstructure of a marine vessel and, subsequently, its structural topology is varied as hat-section stiffened FRP(Fibre Reinforced Plastics) single skin plates and monocoque FRP sandwich plates having a PVC foam core. These proposed structural alternatives are analysed using elastic closed-form solutions and SQP optimisation method under stress and deflection limits obtained from practice to calculate and optimise geometry dimensions and weights. Results obtained from the comparative study provide useful information for marine designers especially at the preliminary design stage where various building materials and structural configurations are dealt with.
Having established the initial geometry and cable force of a typical three span suspension bridge under permanent load, the additional maximum response of the cable and the stiffening girder due to live load are determined, by means of an analytic procedure, considering the girder first hinged at its ends and then continuous through the main towers. The problem of interaction between the cable and the stiffening girder is examined taking under due consideration the second order effects, whereby, through the analogy to a fictitious tensioned beam under transverse load, a closed -form solution is achieved by means of a simple quadratic equation. It is found that the behavior of the whole system is governed by five simple dimensionless parameters which enable a quick determination of all the relevant design magnitudes of the bridge. Moreover, by introducing these parameters, a set of diagrams is presented, which enable the estimation of the influence of the geometric and loading data on the response and permit its immediate evaluation for preliminary design purposes.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2003.10a
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pp.259-266
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2003
This paper introduces a relation to determine the span ratio between exterior and interior spans, which is strongly required in the preliminary design stage of bridges constructed by Free Cantilever Method (FCM). A relation for the initial tendon force is derived on the basis of an assumption that no vertical deflection occurs at the far end of a cantilever beam due to the balanced condition between the self-weight and the cantilever tendons. In advance, the span ratio can be determined by using an assumption that the negative maximum moment must be the same with the positive maximum moment along the entire spans to be a rational bridge design. Finally, many rigorous lime-dependent analyses are conducted to establish the validity of the introduced relations. The obtained numerical results show that the rational design of FCM bridges may be achieved when the span length ratio of the exterior span to the interior span ranges about 0.75 to 0.8.
Martinez-Martin, Francisco J.;Gonzalez-Vidosa, Fernando;Hospitaler, Antonio;Yepes, Victor
Structural Engineering and Mechanics
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v.45
no.6
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pp.723-740
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2013
This paper presents a parametric study of reinforced concrete bridge tall piers with hollow, rectangular sections. Such piers are typically used in railway construction of prestressed concrete viaducts. Twenty one different piers have been studied with seven column heights of 40, 50, 60, 70, 80, 90 and 100 m and three types of 10-span continuous viaducts, whose main span lengths are 40, 50 and 60 m. The piers studied are intermediate columns placed in the middle of the viaducts. The total number of optimization design variables varies from 139 for piers with column height of 40 m to 307 for piers with column height of 100 m. Further, the results presented are of much value for the preliminary design of the piers of prestressed concrete viaducts of high speed railway lines.
Large changes in stiffness associated with cracking and yielding of reinforced concrete sections may be expected to occur during the dynamic response of reinforced concrete frames to earthquake ground shaking. These changes in stiffness in stories that experience cracking might be expected to cause relatively large peak interstory drift ratios. If so, accounting for such changes would add complexity to seismic design procedures. This study evaluates changes in an index parameter to establish whether this effect is significant. The index, known as the coefficient of distortion (COD), is defined as the ratio of peak interstory drift ratio and peak roof drift ratio. The sensitivity of the COD is evaluated statistically for five- and nine-story reinforced concrete frames having either uniform story heights or a tall first story. A suite of ten ground motion records was used; this suite was scaled to five intensity levels to cause varied degrees of damage to the concrete frame elements. Ground motion intensity was found to cause relatively small changes in mean CODs; the changes were most pronounced for changes in suite scale factor from 0.5 to 1 and from 1 to 4. While these changes were statistically significant in several cases, the magnitude of the change was sufficiently small that values of COD may be suggested for use in preliminary design that are independent of shaking intensity. Consequently, design limits on interstory drift ratio may be implemented by limiting the peak roof drift in preliminary design.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.30
no.1
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pp.124-131
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2002
In this study, a preliminary design code was developed for the initiation of HTPB/LOX hybrid rocket system. HTPB was assumed to have a constant regression rate. And initial input parameters; number of port, initial O/F ratio F/W ratio, and chamber pressure, were varied to analyze the effects on the performance and geometry of rocket system. The results showed a qualitatively good agreement with previous data. And it was revealed that there exists a number of design results that meet the mission requirements and that we could find an optimal design case if a proper constraint would be imposed. Thus, it is natural to account for the optimal algorithm during the design procedure and to consider more realistic and reliable formulations used for weight estimation of structural supports and accessories.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.14
no.5
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pp.1356-1364
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1990
This paper deals with the preliminary design conditions of Stirling Engines based on an adiabatic analysis with regenerator effectiveness. The investigation of thermal regeneration process results that the definition of effectiveness proposed by Urieli et al. is appropriate for the present model. Then, it is applied to the already existing approximate analytic solution for the adiabatic model in order to optimize thermal efficiency as well as work parameter. Results show that thermal efficiency is less sensitive to the variation in design parameters than work. Phase angle for the maximum work is also the most efficient at high values of the effectiveness. Swept volume ratio should be chosen with care. The optimum value of dead volume ratio is at least less than the maximum efficiency condition. The feasible design range in compression ratio lies between the maximum efficiency condition and the structural limit of Stilring Engines, where the higher its value, the better. Changes in the temperature ratio do not alter the design conditions. Working fluids with the specific heat ratio 1.67 are more efficient that those with 1.4.
Park, Sang-Yoon;Doh, Hyun-Il;Hwang, Myoung-Sin;Eun, Hee-Bong;Choi, Won-Jong
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.32
no.3
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pp.74-81
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2004
In this study preliminary structural design has been performed to develop an all composite wing box for experimental aircraft(classified in FAR Part 21). Considerations on composite materials and their manufacturing process were taken into account throughout the design phase. Aerodynamic loads were estimated by using Shrenk method(NACA TM No 948) and FAR Part 23 Appendix A. The structural layout has been determined to carry effectively the critical loads and to maximize the benefit of composite structure. Maximum strain failure allowable and first ply failure criteria were applied for the sizing of major structural members. Finally, the designed composite wing box structure is presented in the form of drawings, which include material specifications, stacking sequences and joint design.
It is a common practice to design basement walls acting as a one-way slab or plate with idealized boundary conditions, resulting in potentially inefficient design. The walls are often supported by buttress columns and side walls in the vertical direction, thereby acting as a two-way slab. In this study, structural behavior of single-story, three-span basement wall subjected to lateral soil pressure was investigated. Three dimensional finite element analyses were conducted to determine the force distribution on the wall. Based on the numerical studies, a regression analysis was carried out to determine the design values of moments in vertical and horizontal directions as well as shear forces on the wall and design charts are developed. The proposed design method with accompanying design charts would enable practicing engineers to estimate member forces on the wall for preliminary design purpose without resorting to finite element analysis. Numerical examples demonstrated the applicability of the proposed method.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2008.04a
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pp.288-293
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2008
The standard prestressed concrete I-girder bridge (PSC I-girder bridge) is one of the most prevalent types for small and medium bridges in Korea. When determining the member forces in a section to assess the safety of girder in this type of bridge, the general practice is to use the simplified practical equations or the live load distribution factors proposed in design standards rather than the precise analysis through the finite element method or so. Meanwhile, the live load distribution factors currently used in Korean design practice are just a reflection of overseas research results or design standards without alterations. Therefore, it is necessary to develop an equation of the live load distribution factors fit for the design conditions of Korea, considering the standardized section of standard PSC I-girder bridges and the design strength of concrete. In this study, to develop an equation of the live load distribution factors, a parametric analysis and sensitivity analysis were carried out on the parameters such as width of bridge, span length, girder spacing, width of traffic lane, etc. Then, an equation of live load distribution factors was developed through the multiple linear regression analysis on the results of parametric analysis. When the actual practice engineers design a bridge with the equation of live load distribution factors developed here, they will determine the design of member forces ensuring the appropriate safety rate more easily. Moreover, in the preliminary design, this model is expected to save much time for the repetitive design to improve the structural efficiency of PSC I-girder bridges.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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