In this paper, we evaluate structural integrity of the wearable robot by using finite element analysis, which is made of CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic) composite materials to be lightened. On the basis of the ASTM(American Standard Test Method), mechanical tests of the material are carried out in tensile, compressive and shear test for analytical evaluation. With the tested composite material, the main frame and two femoral frames of the robot is redesigned to satisfy the lightening design requirements. It is verified with the structural analysis that the redesigned frames are good for the part of the wearable robot.
Nguyen, Quoc Van;Fatahi, Behzad;Hokmabadi, Aslan S.
Structural Engineering and Mechanics
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v.58
no.6
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pp.1045-1075
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2016
Shallow footings are one of the most common types of foundations used to support mid-rise buildings in high risk seismic zones. Recent findings have revealed that the dynamic interaction between the soil, foundation, and the superstructure can influence the seismic response of the building during earthquakes. Accordingly, the properties of a foundation can alter the dynamic characteristics (natural frequency and damping) of the soil-foundation-structure system. In this paper the influence that shallow foundations have on the seismic response of a mid-rise moment resisting building is investigated. For this purpose, a fifteen storey moment resisting frame sitting on shallow footings with different sizes was simulated numerically using ABAQUS software. By adopting a direct calculation method, the numerical model can perform a fully nonlinear time history dynamic analysis to realistically simulate the dynamic behaviour of soil, foundation, and structure under seismic excitations. This three-dimensional numerical model accounts for the nonlinear behaviour of the soil medium and structural elements. Infinite boundary conditions were assigned to the numerical model to simulate free field boundaries, and appropriate contact elements capable of modelling sliding and separation between the foundation and soil elements are also considered. The influence of foundation size on the natural frequency of the system and structural response spectrum was also studied. The numerical results for cases of soil-foundation-structure systems with different sized foundations and fixed base conditions (excluding soil-foundation-structure interaction) in terms of lateral deformations, inter-storey drifts, rocking, and shear force distribution of the structure were then compared. Due to natural period lengthening, there was a significant reduction in the base shears when the size of the foundation was reduced. It was concluded that the size of a shallow foundation influences the dynamic characteristics and the seismic response of the building due to interaction between the soil, foundation, and structure, and therefore design engineer should carefully consider these parameters in order to ensure a safe and cost effective seismic design.
The flexural behaviour of steel beams significantly affects the structural performance of the steel frame structures. In particular, the flexural overstrength (namely the ratio between the maximum bending moment and the plastic bending strength) that steel beams may experience is the key parameter affecting the seismic design of non-dissipative members in moment resisting frames. The aim of this study is to present a new formulation of flexural overstrength factor for steel beams by means of artificial neural network (NN). To achieve this purpose, a total of 141 experimental data samples from available literature have been collected in order to cover different cross-sectional typologies, namely I-H sections, rectangular and square hollow sections (RHS-SHS). Thus, two different data sets for I-H and RHS-SHS steel beams were formed. Nine critical prediction parameters were selected for the former while eight parameters were considered for the latter. These input variables used for the development of the prediction models are representative of the geometric properties of the sections, the mechanical properties of the material and the shear length of the steel beams. The prediction performance of the proposed NN model was also compared with the results obtained using an existing formulation derived from the gene expression modeling. The analysis of the results indicated that the proposed formulation provided a more reliable and accurate prediction capability of beam overstrength.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.18
no.2
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pp.181-190
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2005
In the conventional outrigger system, the outriggers are located in the planes of the core walls and this system has disadvantage of obstructing flexibility in the interior layout. But thc facade riggers in the structure uc located In the exterior frames in the direction of the lateral loading. The interaction between the traced frames and facade riggers is through the floor diaphragms adjacent to the chords of the riggers. This paper presents an approximate analysis technique lot preliminary analysis of multiple facade rigger stiffened braced frames in tall buildings subjected to uniformly and triangularly distributed loads as well as a lateral point load at the top of the structure. Comparisons with the results by the program MIDAS for the structural models have shown that this analysis can give reasonably accurate results for highrise braced frames with multiple facade riggers. The method allows a simple procedure for obtaining the optimum level of the facade riggers in addition to a rapid assessment of the influence of the facade riggers on the performance of the highrise structure such as the reduction in lateral deflection at the top and the overturning moment at the base of the braced frame.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.20
no.2
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pp.137-146
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2007
Numerical analyses are performed to show the effect of stiffening facade riggers on the behavior of the structure and to investigate the optimum locations of facade riggers. Optimum locations of the facade riggers to minimize the drift at the top of the structure are obtained by maximizing the drift reduction caused by the facade riggers and are significantly influenced by the bending and shear stiffnesses of the braced frame and facade riggers. Three standard load cases of uniformal and triangularly distributed lateral loads as well as a lateral point load at the top of the structure are considered in this paper Optimum locations of facade riggers are plotted as functions of nondimensional relative stiffness parameters ${\omega}$ and ${\beta}$ for structures with one to four riggers. Although the analysis presented herein is based on certain simplifying assumptions, it is believed that the results do provide sufficiently accurate information for determining the optimum locations of facade riggers in highrise structures.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.3
no.4
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pp.11-22
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1999
In this study, the validity of the currently used seismic regulations for seismic isolated building structures is investigated, and a new formula for vertical distribution of seismic load is proposed. The distribution formula in UBC-91 did not provide sufficient safety, and thus revised in 1994. However it is pointed out that the revised formula overestimates the seismic load because of its similarity to that of the fixed-base structure. Therefore, in the proposed approach, it is intended to satisfy safety, economy, and applicability by combining the mode shapes of the seismic isolated structure idealized as two degrees of freedom system and those of fixed-base structure. For verification of the proposed formula, both a moment resisting frame and a shear wall system are analyzed. The results obtained from the proposed method turn out to be close to the results from a dynamic analysis.
Steel frames are increasingly used in commercial buildings. and most steel frames are designed to achieve composite action with the concrete floor slab. The advantages of 'composite construction' are now well understood in terms of structural economy. good performance in service. and ease of construction. But. these conventional composite construction system are difficult to apply steel framed apartment due to their large depth. So. in this study we developed Semi Slim Floor system which could reduce the overall depth of composite beam. Semi Slim Floor system is a method of steel frame multi-story building construction in which the structural depth of each floor is minimised by incorporating the steel floor beams within the depth of the concrete floor slab. Twelve composite slab specimens with different deck-type. slab width. with or without stud bault and concrete topping thickness were tested to evaluate the flexural capacity.
Lee, Sang Sup;Park, Keum Sung;Bae, Kyu Woong;Choi, Yoon Chul
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.29
no.5
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pp.331-340
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2017
This study was performed in order to develop of the new modular construction system. For the modular construction method that is currently applied in the country, it is very expensive in terms of material costs and fire resistance because it uses only the steel C-type beam. In order to overcome this, and the practical application of new steel-PC hybrid module construction system. Improvement and development of the cross-section of the structural beam member in order to be carried out first. An experiment was carried out by making three specimens. Experiment result, the composite beam was dominated by the horizontal shear failure. It was evaluated through a nonlinear analysis and experimental & theoretical for the structural performance the composite beam member.
Commonly in steel frames, steel beam and concrete slab are connected together by shear keys to work as a unit member which is called composite beam. When a composite beam is subjected to positive bending, flexural strength and stiffness of the beam can be increased due to "composite action". At the same time despite these advantages, composite action increases the strain at the beam bottom flange and it might affect beam plastic rotation capacity. This paper presents results of study on the rotation capacity of composite beam connected to Rectangular Hollow Section (RHS) column in the steel moment resisting frame buildings. Due to out-of-plane deformation of column flange, moment transfer efficiency of web connection is reduced and this results in reduction of beam plastic rotation capacity. In order to investigate the effects of width-to-thickness ratio (B/t) of RHS column on the rotation capacity of composite beam, cyclic loading tests were conducted on three full scale beam-to-column subassemblies. Detailed study on the different steel beam damages and concrete slab damages are presented. Experimental data showed the importance of this parameter of RHS column on the seismic behavior of composite beams. It is found that occurrence of severe concrete bearing crush at the face of RHS column of specimen with smaller width-to-thickness ratio resulted in considerable reduction on the rate of strain increase in the bottom flange. This behavior resulted in considerable improvement of rotation capacity of this specimen compared with composite and even bare steel beam connected to the RHS column with larger width-to-thickness ratio.
Double skin composite walls are increasingly popular and have been applied to many safety-related facilities. They come from the concept of composite slabs. Conventional connectors such as shear studs and binding bars were used in previous studies to act as the internal mechanical connectors to lock the external steel faceplates to the concrete core. However, the restraint effects of these connectors were sometimes not strong enough. In this research, a recently proposed unique type of steel truss was employed along the wall height to enhance the composite action between the two materials. Concrete-filled tube columns were used as the boundary elements. Due to the existence of boundary columns, the restraints of steel faceplates to the concrete differ significantly for the walls with different widths. Therefore, there is a need to explore the effect of height-to-width ratio on the structural behavior of the wall. In the test program, three specimens were designed with the height of 3000 mm, the thickness of 150 mm, and different widths, to simulate the real walls in practice. Axial compression was applied by two actuators on the tested walls. The axial behavior of the walls was evaluated based on the analysis of test results. The influences of height-to-width ratio on structural performance were evaluated. Finally, discussion was made on code-based design.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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