Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.11a
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pp.221-224
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2008
A secant stiffness linear analysis method was developed for moment redistribution of moment-resisting frames. In the proposed method, rotational spring models are used for plastic hinges of the members whose flexural moments are needed to be redistributed. At the plastic hinges, secant stiffness is used to address the effect of the flexural stiffness reduced by inelastic deformation. Linear analysis is repeated with adjusted secant stiffness until the flexural equilibrium is satisfied in the structure and members. By using the secant stiffness analysis, the effect of the inelastic deformation on the moment redistribution can be considered. Further, the safety of plastic hinges can be evaluated by comparing the inelastic rotation resulting from the secant stiffness analysis with the rotational capacity of the plastic hinges. For verification, the proposed method was applied to a continuous beam tested in previous study. A application example for a multiple story moment-resisting frame was presented.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2003.03a
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pp.85-92
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2003
Hysteretic behaviors of a seismic isolator are identified by using the regularized output error estimator (OEE) based on the secant stiffness model. A proper regularity condition of tangent stiffness for the current OEE is proposed considering the regularity condition of Duhem hysteretic operator. The proposed regularity condition is defined by 12-norm of the tangent stiffness with respect to time. The secant stiffness model for the OEE is obtained by approximating the tangent stiffness under the proposed regularity condition by the secant stiffness at each time step. A least square method is employed to minimize the difference between the calculated response and measured response for the OEE. The regularity condition of the secant stiffness is utilized to alleviate ill-posedness of the OEE and to yield numerically stable solutions through the regularization technique. An optimal regularization factor determined by geometric mean scheme (GMS) is used to yield appropriate regularization effects on the OEE.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.13
no.2
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pp.59-68
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2009
For safe and economical design to provide strong earthquake resistance, the moment redistribution and plastic rotation of structures and their members needs to be evaluated. To achieve this, an earthquake design method was developed using secant stiffness analysis. To address the variation of member stiffness due to plastic rotation and moment redistribution, a structure was modeled with a beam-column element with non-rigid end connections (NREC element). Secant stiffness for the NREC element was determined based on the ductility demands of the structure and members. By performing a conventional linear analysis for the secant stiffness model, redistributed moments and plastic rotations of the members were computed. The proposed method was applied to a moment frame and two dual systems. The design results were verified using detailed nonlinear analyses.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.11a
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pp.985-988
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2008
A linear analysis method using reduced secant stiffness was developed for inelastic earthquake design of reinforced concrete structures. In the proposed method, the beam-column element and plane element, which are the same as used in conventional elastic analysis, are used for structural modeling. Based on the structural plastic mechanism intended by engineer, the distribution of inelastic members is determined. The secant stiffness of the inelastic members is determined based on the target ductility of the structure. Inelastic strengths of the members are calculated by using linear analysis on the structure modeled with secant stiffness. Plastic rotations in the inelastic members are calculated with the nodal rotations resulting from the secant stiffness analysis. For verification, the proposed method was applied to the inelastic earthquake designs of a moment-resisting frame and a dual system of two dimensions, and also a dual system of three dimensions.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2004.05a
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pp.498-501
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2004
A new slab design using secant stiffness, Direct Inelastic Slab Design, was developed. Since basically the proposed design method uses linear analysis, it is convenient and stable in numerical analysis. At the same time, the proposed design method can accurately estimate the inelastic strength and ductility demands of slab because it can analyzes the inelastic behavior of structure using iterative calculations for secant stiffness. In the present study, the procedure of the proposed design method was established, and a computer program incorporating the proposed method was developed. Design examples using the proposed method were presented, and compared with traditional nonlinear analysis, and experiments. The Direct Inelastic Slab Design, as an integrated analysis/design method, can directly address the design strategy intended by the engineer, such as moment strength and ductility limit. As a result, economical and safe design can be achieved.
The rotational stiffness of a semi-rigid beam-to-column connection plays an important role in the reduction of the second-order effects in the precast concrete skeletal frames. The aim of this study is to present a detailed nonlinear finite element study to reproduce the experimental response of a semi-rigid precast beam-to-column connection composed by corbel, dowel bar and continuity tie bars available in the literature. A parametric study was carried using four arrangements of the reinforcing tie bars in the connection, including high ratio of the continuity tie bars passing around the column in the cast-in-place concrete. The results from the parametric study were compared to analytical equations proposed to evaluate the secant rotational stiffness of beam-to-column connections. The good agreement with the experimental results was obtained, demonstrating that the finite element model can accurately predict the structural behaviour of the beam-to-column connection despite its complex geometric configuration. The secant rotational stiffness of the connection was good evaluated by the analytical model available in the literature for ratio of the continuity tie bars of up to 0.69%. Precast beam-to-column connection with a ratio of the continuity tie bars higher than 1.4% had the secant stiffness overestimated. Therefore, an adjustment coefficient for the effective depth of the crack at the end of the beam was proposed for the analytical model, which is a function of the ratio of the continuity tie bars.
Perfobond rib connectors are widely used in composite structures to achieve the composite action between the steel and the concrete, and empirical expressions for their strength and secant stiffness have been obtained by numerical simulations or push-out tests. Since perfobond connections are generally in an elastic state in the service process and the structural analysis are always based on the elastic properties of the members, the secant stiffness is not applicable for the normal structural analysis. However, the tangent stiffness of perfobond connections has not been introduced in previous studies. Moreover, the perfobond connections are bearing tension and shear force simultaneously when the composite beams subjected to torque or local loads, but the current studies fail to arrive at the elastic stiffness considering the combined effects. To resolve these discrepancies, this paper investigates the initial elastic stiffness of perfobond connections under combined forces. The calculation method for the elastic stiffness of perfobond connections is analyzed, and the contributions of the perfobond rib, the perforating rebar and the concrete dowel are investigated. A finite element method was verified with a high value of correlation for the test results. Afterwards, parametric studies are carried out using the reliable finite element analysis to explore the trends of several factors. Empirical equations for predicting the initial elastic stiffness of perfobond connections are proposed by the numerical regression of the data extracted by parametric studies. The equations agree well with finite element analysis and test results, which indicates that the proposed empirical equations reflect a high accuracy for predicting the initial elastic stiffness of perfobond connections.
In the previous study, direct inelastic strut-and-tie model (DISTM) was developed to perform inelastic design of reinforced concrete members by using linear analysis for their secant stiffness. In the present study, for convenience in design practice, the DISTM was further simplified so that inelastic design of reinforced concrete members can be performed by a run of linear analysis, without using iterative calculations. In the simplified direct inelastic strut-and-tie model (S-DISTM), a reinforced concrete member is idealized with compression strut of concrete and tension tie of reinforcing bars. For the strut and tie elements, elastic stiffness or secant stiffness is used according to the design strategy intended by engineer. To define the failure criteria of the strut and tie elements, concrete crushing and reinforcing bar fracture were considered. The proposed method was applied to inelastic design of various reinforced concrete members including deep beam, coupling beam, and shear wall. The design results were compared with the properties and the deformation capacities of the test specimens.
This paper presents the formulation for a novel force-based 1-D compound-element that captures both material and second order P-${\Delta}$ nonlinearities in steel frames. At the nodal points, the element is attached to nonlinear rotational and a translational springs which represent the flexural and axial stiffness of the connections respectively. By decomposing the total strain in the material as well as the generalised displacements of the flexible connections to their elastic and inelastic components, a secant solution strategy based on a direct iterative scheme is introduced and the corresponding solution strategy is outlined. The strain and slope of the deformed element are assumed to be small; however the equilibrium equations are satisfied for the deformed element taking account of P-${\Delta}$ effects. The formulation accuracy and efficiency is verified by some numerical examples on the nonlinear static, cyclic and dynamic analysis of steel frames.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2003.11a
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pp.384-387
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2003
A new Direct Nonlinear Strut-Tie Model design method performing iterative calculations using secant stiffness was developed. Since basically the proposed design method uses elastic analysis, it has the advantages of convenience and stability in numerical analysis. At the same time, the proposed design method can accurately estimate the strength and ductility demands on the members because it analyzes the inelastic behavior of structure using iterative calculation. In the present study, the procedure of the proposed design method was established, and a computer program incorporating the proposed method was developed. The proposed design method, as an integrated method of analysis and design, can address the earthquake design strategy devised by the engineer, such as ductility limit on each member. Through iterative calculations on the structure preliminary designed with member sizes, the strength and ductility demands of each member can be estimated so that they satisfy the given design strategy, and as the result economical and safe design is achieved.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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