This paper deals with determining the fundamental frequency of tall buildings that consist of framed tube, shear core, belt truss and outrigger systems in which the framed tube and shear core vary in size along the height of the structure. The effect of belt truss and outrigger system is modeled as a concentrated rotational linear spring at the belt truss and outrigger system location. Many cantilevered tall structures can be treated as cantilevered beams with variable cross-section in free vibration analysis. In this paper, the continuous approach, in which a tall building is replaced by an idealized cantilever continuum representing the structural characteristics, is employed and by using energy method and Hamilton's variational principle, the governing equation for free vibration of tall building with variable distributed mass and stiffness is obtained. The general solution of governing equation is obtained by making appropriate selection for mass and stiffness distribution functions. By applying the separation of variables method for time and space, the governing partial differential equation of motion is reduced to an ordinary differential equation with variable coefficients with the assumption that the transverse displacement is harmonic. A power-series solution representing the mode shape function of tall building is used. Applying boundary conditions yields the boundary value problem; the frequency equation is established and solved through a numerical process to determine the natural frequencies. Computer program has been developed in Matlab (R2009b, Version 7.9.0.529, Mathworks Inc., California, USA). A numerical example has been solved to demonstrate the reliability of this method. The results of the proposed mathematical model give a good understanding of the structure's dynamic characteristics; it is easy to use, yet reasonably accurate and suitable for quick evaluations during the preliminary design stages.
The Journal of the Convergence on Culture Technology
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v.6
no.2
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pp.467-472
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2020
Methods for deriving design input-parameters to ensure the stability of a structure on a common ground are generally well known. Folded metamorphic rocks, such as the study area, are highly foliated and have small faults parallel to the foliation, resulting in special research methods and tests to derive design input parameters, Etc. are required. The metamorphic rock ground with foliation development of several mm intervals has a direct shear test on the foliation surface, the strike/dip mapping of the foliation, the boring investigation to determine the continuity of the foliation, and the rock mass rating of the metamorphic rock. etc. are required. In the case of a large number of small foliation-parallel faults developed along a specific foliation plane, it is essential to analyze the lineament, surface geologic mapping for fault tracing, and direct shear test. Folded ground requires additional geological-structural-domain analysis, discontinuity analysis of stereonet, electrical resistivity exploration along the fold axis, and so on.
Constructing the maximum displacement and shear force database for the seismic performance of building with soil-structure interaction under varied earthquake scenarios and geotechnical conditions is critical in developing the neural network-based prediction models. However, using the available 3D FEM-based computer simulation techniques causes high computation costs in developing the database. This study introduces the framework of developing the artificial neural network (ANN) model to predict the seismic performance of building at given Poisson's ratio and shear wave velocity of soil. The simple Single-Degree-Of-Freedom system was used to develop the database and the performance of the developed neural network model is discussed through the evaluated coefficient of determination (R2). In addition, ANN models were developed for 90~100% percentile of the database to assess the accuracy of the developed ANN models in each percentile.
The effects of the vertical component of a ground motion on the earthquake performances of semi-ductile high-rise R/C structures were investigated in the present study. Linear and non-linear time-history analyses were conducted on an existing in-service R/C building for the loading scenarios including and excluding the vertical component of the ground motion. The ratio of the vertical peak acceleration to the horizontal peak acceleration (V/H) of the ground motion was adopted as the main parameter of the study. Three different near-source earthquake records with varying V/H ratio were used in the analyses. The linear time-history analyses indicated that the incorporation of the vertical component of a ground motion into analyses greatly influences the vertical deflections of a structure and the overturning moments at its base. The lateral deflections, the angles of rotation and the base shear forces were influenced to a lesser extent. Considering the key indicators of vertical deflection and overturning moments determined from the linear time-history analysis, the non-linear analyses revealed that the changes in the forces and deformations of the structure with the inclusion of the vertical ground motion are resisted by the shear-walls. The performances and damage states of the beams were not affected by the vertical ground motion. The vertical ground motion component of earthquakes is markedly concluded to be considered for design and damage estimation of the vertical load-bearing elements of the shear-walls and columns.
The seismic responses of a building are affected by the base soil conditions. In this study, linear time-history seismic analysis and nonlinear pushover static seismic analysis were performed to estimate the base shear forces of 3-, 5-, and 7-story steel buildings, considering the rigid and soft soil conditions. Foundation soil stiffness, based on the equivalent static stiffness formula, is used for the damper, one of the Link elements in SAP 2000. The base shear forces of the steel buildings, estimated through time-history analysis using the general-purpose structural-analysis program of SAP 2000, were compared with those calculated using the domestic seismic design code, the UBC-97 design response spectrum. and pushover static nonlinear analysis. The steel buildings designed for gravity and wind loads showed elastic responses with a moderate earthquake of 0.11 g, while the elastic soft-soil layer increased the displacement and the base shear force of the buildings due to soil-structure interaction and soil amplification. Therefore, considering the characteristics of the soft-soil layer, it is more reasonable to perform an elastic seismic analysis of a building's structure during weak or moderate earthquakes.
Shatnawi, Anis S.;Al-Beddawe, Esra'a H.;Musmar, Mazen A.
Earthquakes and Structures
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v.16
no.3
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pp.295-310
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2019
This study attempts to develop new simplified approximate formulas to predict the fundamental natural periods of vibration (T) for bearing wall systems engaged with special reinforced concrete shear walls (RCSW) under seismic loads. Commonly, seismic codes suggested empirical formulas established by regression analysis of measured T for buildings during earthquake motions. These formulas depend on structure type, building height, number, height and length of SW, and ratio of SW area to base area of structure. In this study, a parametric investigation is performed for T of 110 selected models of bearing RCSW systems with varying structural height, configuration of horizontal plans including building width, number and width of bays, presence of middle corridors and core SWs. For this purpose, a 3D non-linear response time history (TH) analysis is implemented using ETABS v16.2.1. New formulas to estimate T are anticipated and compared with those obtained from formulas of IBC 2012 and ASCE/SEI 7-10. Moreover, the study examines responses of an arbitrarily two selected test model of 60 m and 80 m in height with presence of SWs having middle corridors. It is observed that the performance of the tested buildings is different through arising of considerable errors when using codes' formulas for estimating T. Accordingly, using the present proposed formulas exhibits more reasonable and safer design compared to codes' formulas. The results showed that equitable enhancement is promising to improve T formulas approaching enhanced and accurate estimation of T with reliable analysis, design, and evaluation of bearing RCSW systems.
Kim, Byoung-Wan;Hong, Sa-Young;Kyoung, Jo-Hyun;Cho, Seok-Kyu
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2006.11a
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pp.809-814
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2006
In this paper, the modified direct method employing beam transformation technique is proposed in order to efficiently calculate hydroelastic responses of floating structure. Since the proposed method expresses the displacements of three-dimensional structure with those of transformed beam which leads to small number of equations of motion, the method is numerically efficient compared to the conventional direct method. To verify the efficiency of the proposed method a 500 m-long floating structure under wave loads is considered in numerical example. Displacements, bending moments, torsion moments and shear forces are calculated and computing tine is examined. The results are also compared with those of the conventional direct method.
Seismic response of the concrete column covered by nanofiber reinforced polymer (NFRP) layer is investigated. The concrete column is studied in this paper. The column is modeled using sinusoidal shear deformation beam theory (SSDT). Mori-Tanaka model is used for obtaining the effective material properties of the NFRP layer considering agglomeration effects. Using the nonlinear strain-displacement relations, stress-strain relations and Hamilton's principle, the motion equations are derived. Harmonic differential quadrature method (HDQM) along with Newmark method is utilized to obtain the dynamic response of the structure. The effects of different parameters such as NFRP layer, geometrical parameters of column, volume fraction and agglomeration of nanofibers and boundary conditions on the dynamic response of the structure are shown. The results indicated that applied NFRP layer decreases the maximum dynamic displacement of the structure. In addition, using nanofibersas reinforcement leads a reduction in the maximum dynamic displacement of the structure.
Vibration analysis in nanocomposite plate with smart layer is studied in this article. The plate is reinforced by carbon nanotubes where the Mori-Tanaka law is utilized for obtaining the effective characteristic of structure assuming agglomeration effects. The nanocomposite plate is located in elastic medium which is simulated by spring element. The motion equations are derived based on first order shear deformation theory and Hamilton's principle. Utilizing Navier method, the frequency of the structure is calculated and the effects of applied voltage, volume percent and agglomeration of Carbon nanotubes, elastic medium and geometrical parameters of structure are shown on the frequency of system. Results indicate that with applying negative voltage, the frequency of structure is increased. In addition, the agglomeration of carbon nanotubes reduces the frequency of the nanocomposite plate.
This study focuses on the near-field vortical structure and dynamics of coaxial jets. The characteristics of laminar flow and mixing in coaxial jets are investigated using a unsteady flow simulation. In order to analyze the geometic effects on the vortical structure, several cases of different configurations are selected for various values of the velocity ratio of inner jet to outer jet. From the result, it is confirmed that mixing is promoted by the development of vortical structure and the interaction between inner jet and outer jet. This feature is strongly related to the vortex frequency in the shear-layers. The vortex frequency depends on the velocity ratio and the lip thickness of inner nozzle, but the outer pipe length has no effect on the frequency variation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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