For offshore structures, dynamic analysis becomes increasingly important as water depth increases and structural configuration becomes more slender. In the case of dynamic analysis of frame structures, much computer time and high cost are required due to many degrees of freedom, In this paper, a new technique of permutating a segment of frame structure to a beam is developed, which is called here Beam Permutation Technique. The technique is based on definition of stiffness matrix of the beam which is obtained by defining the actions(or forces) required to obtain unit translation or rotation for each degree of freedom wiht al other degree of freedom restrained to zero displacement or rotation. In the technique, an assumption is made that relative positions of nodes in the ends of the segment are not variable, The technique can significantly reduce the degrees of freedom of frame structures and thus the computiong time in dynamic analysis. The natural frequencies and static displacements of the permutated beam are obtained and compared to those of ANSYS with a good agreement.
This paper deals with the linear dynamic response of an elastically restrained beam under a moving mass, where the elastic support was modelled by translational springs of variable stiffness. Governing equations of motion taking into account of all inertia effects of the moving mass were derived by Galerkin's mode summation method, and Runge-Kutta integration method was applied to solve the differential equations. The effects of the speed, the magnitude of the moving mass, stiffness and the position of the support springs on the response of the beam have been studied. A variety of numerical results allows us to draw important conclusions for structural design purposes.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.13
no.2
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pp.176-184
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1996
The paper describes the vibration characteristics of the mechanical system consisting of a uniform Timoshenko beam with a guided mass and an elastic spring support. The free end of the beam does not rotate and the spring attatched to the guided mass is elastically restrained against translation. The guided mass is assumed to be a rigid body having a finite size, but not a mass point as it has been assumed so far. The effect of magnitudes, rotary inertia and the size of the guided mass on the vibration characteristics is fully investigated by the numerical simulation using FEM and experiment. In order to verify the eigenvalue sensitivity for considered system, comparison exact solutions with FEM is conducted, and a good agreement between two solutions is also highlighted.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.5
no.1
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pp.19-28
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2011
This paper documents an experimental study of dynamic response of reinforced concrete beams following instantaneous removal of a bearing column. Four half-scale specimens representing two-span beam bridging across the removed column were tested. The test boundary conditions simulated rotational and longitudinal restraints imposed on a frame beam by the neighboring structural components. The gravity loads were simulated by attaching mass blocks on the beams at three locations. Dynamic loading effects due to sudden removal of a column were simulated by quickly releasing the supporting force at the middle of the specimens. The experimental study investigated the load-carrying capacity of beams restrained longitudinally at the boundaries and dynamic impact on forces. The tests confirmed the extra flexural strength provided by compressive arch action under dynamic loading. The tests also indicated that the dynamic amplification effects on forces were much lower than that assumed in the current design guideline for progressive collapse.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2003.05a
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pp.864-869
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2003
The purpose of this paper is to investigate the free vibration characteristics of tapered beams with translational and rotational springs and point masses at the ends. The beam model is based on the classical Bernoulli-Euler beam theory which neglects the effects of rotatory inertia and shear deformation. The governing differential equation for the free vibrations of linearly tapered beams is solved numerically using the corresponding boundary conditions. Numerical results are compared with existing solutions by other methods for cases in which they are available. The lowest four natural frequencies are calculated over a range of non-dimensional system parameters.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.21
no.11
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pp.317-325
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2020
The development of a technique that can monitor the cracks, which is one of the typical types of damage, is necessary to secure the structural safety of elastically restrained cantilever-type beams with a tip mass that is used widely in infrastructure. Impedance techniques have been actively researched to detect cracks, and the cracks were estimated mainly by experimentally investigating the relationship between the crack and impedance signal. This study examined the correlation between the change in the impedance signals due to the crack, and the natural frequency obtained analytically. After updating the analysis model for the intact beam, the impedance signal was measured while gradually inflicting cracks in the cantilever-type beam, and the damage index was obtained. The results were compared with the natural frequencies calculated from the updated analysis model to investigate the correlation. A close correlation was observed between the experimentally obtained impedance damage index, and the analytically calculated natural frequency. Using this correlation, the structural characteristics could be evaluated more accurately from the damage estimation results, and the behavior of the structure could be predicted effectively using the analysis model.
A simplified spring connection modelling approach for steel flush endplate beam-to-column connections in fire has been developed to enable realistic behaviour of connections to be incorporated into full-scale frame analyses at elevated temperature. Due to its simplicity and reliability, the proposed approach permits full-scale high-temperature frame analysis to be conducted without high computational cost. The proposed simplified spring connection modelling approach has been used to investigate the influence of connection ductility (both axial and rotational) on frame behaviour in fire. 2D steel and 3D composite frames with a range of beam spans were modelled to aid the understanding of the differences in frame response in fire where the beam-to-column connections have different axial and rotational ductility assumptions. The modelling results highlight that adopting the conventional rigid or pinned connection assumptions does not permit the axial forces acting on the connections to be accurately predicted, since the axial ductility of the connection is completely neglected when the rotational ductility is either fully restrained or free. By accounting for realistic axial and rotational ductilities of beam-to-column connections, the frame response in fire can be predicted more accurately, which is advantageous in performance-based structural fire engineering design.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1999.10a
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pp.115-118
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1999
Tensile behavior of polypropylene fiber reinforced concrete due to restrained shrinkage has been investigated experimentally by ring and beam tests. Parameters include types of concrete, water-cement ratio, volume fraction of fiber and steel ratio. Results show that little influence of the addition of polypropylene(Vf=0.1%) has been observed as expected and results from other researches.
The overall buckling mode in a composite steel-concrete beam over an internal support is necessarily lateral-distortional, in which the bottom compressive range displaces laterally and twists, since the top flange is restrained by the nearly rigid concrete slab. An efficient finite element method is used to study elastic lateral-distortional buckling in composite beams whose steel portion is tapered. The simplified model for a continuous beam that is presented herein is a fixed ended cantilever whose steel portion is tapered, and is subjected to moment gradient. This is intended to give an insight into distortion in a continuous beam that occurs in the negative bending region, and the differences between the cantilever representation and the continuous beam are highlighted. An eigenproblem is established, and the buckling modes and loads are determined in the elastic range of structural response. It is found from the finite element study that the buckling moment may be enhanced significantly by using a vertical stiffener in the region where the lateral movement of the bottom range is greatest. This enhancement is quantified in the paper.
This paper presents a modeling method for the vibration analysis of rotating cantilever beams considering the elastic foundation effect. Mass and stiffness matrices are derided explicitly by considering coupling effect between stretching and bonding motion. Numerical results show that the bending direction elastic foundation stiffness influences the vibration characteristics significantly in practical range of beam configuration. The ranges of elastic foundation stiffness to avoid the dynamic buckling are also presented. The method presented in this paper can be used to predict the variations of natural frequencies of rotating cantilever beams with elastically restrained root.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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