To improve the accuracy of time-frequency analysis (TFA) and instantaneous frequency (IF) extraction of structural dynamic response signals, this paper improves the spline-kernelled chirplet transform, and a new form of modified spline-kernelled chirplet transform (MSCT) based on revised Gaussian window function and energy concentration principle is put forward. The effectiveness of the proposed method is verified by numerical examples of single-component signal, multicomponent signal, single-degree-of-freedom Duffing nonlinear system and two-layer shear frame structure model. Then, a time-varying cable test is designed to collect the acceleration response signals under linear changing tension, and the IF extraction of these signals is performed by using MSCT, which further verifies the effectiveness and accuracy of this method. Through numerical simulation and experimental verification, it is proved that the proposed method can effectively extract the IF of nonlinear structure and time-varying structure.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.34
no.2
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pp.377-387
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2014
This study mainly treats a new type of the bracing friction damper system, which is able to minimize structural damage under earthquake loads. The slotted bolt holes are placed on the shear faying surfaces with an intention to dissipate considerable amount of friction energy. The superelastic shape memory alloy (SMA) wire strands are installed crossly between two plates for the purpose of enhancing recentering force that are able to reduce permanent deformation occurring at the friction damper system. The smart recentering friction damper system proposed in this study can be expected to reduce repair cost as compared to the conventional damper system because the proposed system mitigates the inter-story drift of the entire frame structure. The response mechanism of the proposed damper system is firstly investigated in this study, and then numerical analyses are performed on the component spring models calibrated to the experimental results. Based on the numerical analysis results, the seismic performance of the recentering friction damper system with respect to recentering capability and energy dissipation are investigated before suggesting optimal design methodology. Finally, nonlinear dynamic analyses are conducted by using the frame models designed with the proposed damper systems so as to verify superior performance to the existing damper systems.
In RC structure, sufficient anchorage of reinforcement is necessary for the member to produce the full strength. Generally, conventional standard hook is used for the reinforcement's anchorage. However, the use of standard hook results in steel congestion, making fabrication and construction difficult. Mechanical anchor offers a potential solution to these problems and may also ease fabrication, construction and concrete placement. In this paper, the required characteristics and the design considerations of mechanical anchor were studied. Also, the mechanical anchor was designed according to the requirements. To investigate the pull-out behavior and properness of mechanical anchorage, pull-out tests were performed. The parameters of tests were embedment length, diameter of reinforcement, concrete compressive strength, and spacing of reinforcements. The strengths of mechanical anchor were consistent with the predictions by CCD method. The slip between mechanical anchor and concrete could be controlled under 0.2mm. Therefore, the mechanical anchor with adequate embedment could be used for reinforcement's anchorage. However, it was observed that the strength of mechanical anchors with short spacing of reinforcements was greatly reduced. To apply the mechanical anchor in practice (e.g. anchorage of the beams reinforcements in beam-column joint), other effects that affect the mechanical anchor mechanism, such as confinement effect of adjacent member from frame action or effects of shear reinforcement, should be considered.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.18
no.6
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pp.13-20
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2017
High-rise building shapes are changing from orthogonal to irregular form and the current trend is to arrange members in geometric grid-patterns at the perimeter of buildings. This study proposes a simple model for the preliminary design of a hexagrid high-rise building. The size of the cross section is set to be different at each module and hexagrid unit, which is different from the previous studies in which all hexagrid members were the same. To examine the effect of hexagrid size on structural performance, 60-story hexagrid buildings with 1-, 2- and 4-story high modules are designed and analyzed. Maximum lateral displacement, steel tonnage, load carrying percentage of perimeter frame and combined strength ratio are compared for 15 buildings. As the lateral load carrying capacity of hexagrid structure was inferior to a diagrid structural system, proper lateral stiffness should be allocated to the core frame in a hexagrid structure. The best ratio of flexural to shear deformation was 4 and larger unit size was better in considering constructional cost and structural efficiency. As the maximum lateral displacements of the buildings were within 84%~108% of the limit, the proposed method seems to be applicable to preliminary design of hexagrid buildings.
Traditionally, domestic steel design and construction practice has provided extra shear studs to moment frame beams even when they are designed as non-composite beams. In the 1994 Northridge earthquake, connection damage initiated from the beam bottom flange side was prevalent. The upward moving of the neutral axis due to the composite action between steel beam and floor deck was speculated to be one of the critical causes. In this study, full-scale seismic testing was conducted to investigate the side effects of the composite action in steel seismic moment frames. The specimen PN700-C, designed following the domestic connection and floor deck details, exhibited significant upward shift of the neutral axis under sagging (or positive) moment, thus producing high strain demand on the bottom flange, and showed a poor seismic performance because of brittle fracture of the beam bottom flange at 3% story drift. The specimen DB700-C, designed by using RBS connection and with the details of minimized floor composite action, exhibited superior seismic performance, without experiencing any fracture or concrete crushing, almost identical to the bare steel counterpart (specimen DB700-NC). The results of this study clearly indicate that the beams and connections in seismic steel moment frames should be constructed to minimize the composite action of a floor deck if possible.
Shin, Hyun Young;Kim, Byung Il;Kim, Kyoung O;Han, Sang Jae
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.30
no.4
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pp.5-19
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2014
In this study, the structural analysis is performed on the method of shallow block and deep cement mixing pile, and then their characteristics and associated behaviors were analyzed. In the case of continuous beam analysis, the predicted settlement was very small, and shear force and bending stress are somewhat overestimated. The frame method is similar to numerical analysis in the internal force shallow block and long pile, but because the settlement of pile is underestimated, the additional calculation using the reaction of the long pile is necessary. For soil arching method and piled raft foundation method, the excessive axial force of long pile was predicted because the load sharing of pile is very large compared to the other methods. In the behavior of the shallow block and deep pile method, the settlement of shallow block and contact pressure are much in the center than the edge. In the estimating method considering the interaction between improved material and ground, the load sharing of the soil-cement pile ranges from 20% to 45%, and the stress ratio is 2.0~5.0 less than piled DCM. The maximum member forces at the boundary conditions of pile head are similar, but in fixed head the axial force and vertical displacement are different in accordance with pile arrangement.
The composite frame system with reinforced concrete column and steel beam has some advantages in the structural efficiency by complementing the shortcomings between the two systems. The system, however has also a lot of problems in practical design and construction process due to the material dissimilarities. Considering these circumstances, this research is aimed at the development of the composite structural system which enables the steel beams to be connected to the R/C columns with higher structural safety and economy. Basically the proposed connection system is composed of four split tees, structural angles reinforced by stiffener, high strength steel rods, connecting plates and shear plates. The structural tests have been carried out to verify the moment transfer mechanism from beam flange to steel rods or connecting plates through the angle reinforced by siffener. The four prototype specimens have been tested until the flange of beam reached the plastic states. From the tests, no distinct material dissimilarities between concrete and steel have been detected and the stress transfer through wide flange beam - structural angle - high strength steel rod or connecting plate is very favorable.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.14
no.4
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pp.61-71
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2010
Five half-scale beam-to-column connections in a precast concrete frame were tested with cyclic loading that simulated earthquake-type motions. Five half -scale interior beam-column assemblies representing a portion of a frame subjected to simulated seismic loading were tested, including one monolithic specimen and four precast specimens. Variables included the detailing used at the joint to achieve a structural continuity of the beam reinforcement, and the type of special reinforcement in the connection (whether ECC or transverse reinforcement). The specimen design followed the strong-column-weak-beam concept. The beam reinforcement was purposely designed and detailed to develop plastic hinges at the beam and to impose large inelastic shear force demands into the joint. The joint performance was evaluated on the basis of connection strength, stiffness, energy dissipation, and drift capacity. From the test results, the plastic hinges at the beam controlled the specimen failure. In general, the performance of the beam-to-column connections was satisfactory. The joint strength was 1.15 times of that expected for monolithic reinforced concrete construction. The specimen behavior was ductile due to tensile deformability by ECC and the yielding steel plate, while the strength was nearly constant up to a drift of 3.5 percent.
Over the past decade, labor costs have increased relative to the cost of material hardware according to analysts in the construction industry. Therefore, the minimum weight design, which has been widely adopted in the literature for the optimal design of steel structures, is no longer the most economical construction approach. Presently, although connection- related costs is crucial in determining the most cost-effective steel structures, most studies on this subject focused on minimum-weight design or engaged in higher analysis. Therefore, in this study, we proposed a fabrication scheme for the most cost-effective moment-resisting steel frame structures that resist lateral loads without compromising overall stability. The proposed approach considers the cost of steel products, fabrication, and connections within the design process. The optimal design considered construction realities, with the optimal trade-off between the number of moment connections and total cost was achieved by reducing the number of moment connections and rearranging them using the combination of analysis that includes shear, displacement and interaction value based on the LRFD code and optimization scheme based on genetic algorithms. In this study, we have shown the applicability and efficiency in the examples that considered actual loading conditions.
Kim, Sun-Woo;Yun, Hyun-Do;Jang, Gwang-Soo;Yun, Yeo-Jin
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.21
no.3
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pp.327-335
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2009
In the seismic region, non-ductile structures often form soft story and exhibit brittle collapse. However, structure demolition and new structure construction strategies have serious problems, as construction waste, environmental pollution and popular complain. And these methods can be uneconomical. Therefore, to satisfy seismic performance, so many seismic retrofit methods have been investigated. There are some retrofit methods as infill walls, steel brace, continuous walls, buttress, wing walls, jacketing of column or beam. Among them, the infilled frames exhibit complex behavior as follows: flexible frames experiment large deflection and rotations at the joints, and infilled shear walls fail mainly in shear at relatively small displacements. Therefore, the combined action of the composite system differs significantly from that of the frame or wall alone. Purpose of research is evaluation on the seismic performance of infill walls, and improvement concept of this paper is use of SHCCs (strain-hardening cementitious composites) to absorb damage energy effectively. The experimental investigation consisted of cyclic loading tests on 1/3-scale models of infill walls. The experimental results, as expected, show that the multiple crack pattern, strength, and energy dissipation capacity are superior for SHCC infill wall due to bridging of fibers and stress redistribution in cement matrix.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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