Optimization in distribution of stay cable forces is one of the most difficult aspects in the design of cable-stayed bridges. This article attempts to examine tension force influence on structural behavior of cable-stayed bridges. For the examination, finite element modeling using nonlinear static and nonlinear modal analyses was completed and compared to structural experimental results. Variables analyzed in this parametric study were: 1) Number of stay cables; 2) Tension of the stay cables, and 3) Stay cable pattern - harp and semi-fan patterns. Though the findings from the analysis are limited to the tested models, the study gives insight on the structural behavior of actual cable stayed bridges.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.24
no.6
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pp.293-303
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2020
Seismic fragility was assessed for non-seismic reinforced concrete shear walls in Korean high-rise apartment buildings in order to implement an earthquake damage prediction system. Seismic hazard was defined with an earthquake scenario, in which ground motion intensity was varied with respect to prescribed seismic center distances given an earthquake magnitude. Ground motion response spectra were computed using Korean ground motion attenuation equations to match accelerograms. Seismic fragility functions were developed using nonlinear static and dynamic analysis for comparison. Differences in seismic fragility between damage state criteria including inter-story drifts and the performance of individual structural members were investigated. The analyzed building had an exceptionally long period for the fundamental mode in the longitudinal direction and corresponding contribution of higher modes because of a prominently insufficient wall quantity in such direction. The results showed that nonlinear static analyses based on a single mode tend to underestimate structural damage. Moreover, detailed assessments of structural members are recommended for seismic fragility assessment of a relatively low performance level such as collapse prevention. On the other hand, inter-story drift is a more appropriate criterion for a relatively high performance level such as immediate occupancy.
Air Traffic Control (ATC) towers play significant role in the functionality of each airport. In spite of having complex dynamic behavior and major role in mitigating post-earthquake problems, less attention has been paid to the seismic performance of these structures. Herein, seismic response of an existing ATC tower with a wall-frame structural system that has been designed and detailed according to a local building code was evaluated through the framework of performance-based seismic design. Results of this study indicated that the linear static and dynamic analyses used for the design of this tower were incapable of providing a safety margin for the required seismic performance levels especially when the tower was subjected to strong ground motions. It was concluded that, for seismic design of ATC towers practice engineers should refer to a more sophisticated seismic design approach (e.g., performance-based seismic design) which accounts for inelastic behavior of structural components in order to comply with the higher seismic performance objectives of ATC towers.
This paper focuses on examining the effects of span arrangements on displacement responses of plan-symmetric RC frame buildings designed using the direct displacement-based design (DDBD) method by employing non-linear analyses and the skew seismic attack. In order to show the desired performance of DDBD design approach, the force-based design approach is also used to examine the seismic performance of the selected structures. To realize this objective, 8-story buildings with different plans are selected. In addition, the dynamic behavior of the structures is evaluated by selecting 3, 7, and 12-story buildings. In order to perform non-linear analyses, OpenSees software is used for modeling buildings. Results of an experimental model are used to validate the analytical model implemented in OpenSees. The results of non-linear static and non-linear dynamic analyses indicate that changing span arrangements does not affect estimating the responses of structures designed using the DDBD approach, and the results are more or less the same. Next, in order to apply the earthquake in non-principle directions, DDBD structures, designed for one-way performance, are designed again for two-way performance. Time history analyses are performed under a set of artificial acceleration pairs, applied to structures at different angles. It is found that the mean maximum responses of earthquakes at all angles have very good agreement with the design-acceptable limits, while the response of buildings along the height direction has a relatively acceptable and uniform distribution. Meanwhile, changes in the span arrangements did not have a significant effect on displacement responses.
A dynamic reliability model which can take into account the time history of loading sequences may be applied to the analyses of the hydraulic stability of armor units on rubble-mound breakwaters. All the parameters related to the stability of structures have been considered to be constants in the deterministic model until now. Thus, it is impossible to study the effects of some uncertainties of the related random variables on the stability of structures. In this paper, the dynamic reliability model can be developed by POT(Peak Over Threshold) method in order to take into account the time history of loading sequences and to investigate the temporal behaviors of stability of structure with its loading history. Finally, it is confirmed that the results of dynamic reliability model agree with straight- forwardly those of AFDA(Approximate Full Distribution Approach) of the static reliability model for the same input conditions. In addition, the temporal behaviors of probability of failure can be studied by the dynamic reliability model developed to analyze the hydraulic stability of armor units on rubble-mound breakwaters. Therefore, the present results may be useful for the management of repair and maintenance over the whole life cycle of structure.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.25
no.3
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pp.203-209
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2012
In this paper, cross-sectional stiffnesses, static stresses, and dynamic natural frequencies are analyzed to examine the structural performance of wind turbine composite blades. The material properties of composite materials are based on room-temperature and radiation curing processes. The cross-sectional stiffnesses of composite blades are calculated by applying a beam theory with solid-profile cross sections. The wind turbine blades are modeled with a finite element program, and static analyses are carried out to check the maximum displacement and stress of the blades. In addition, dynamic analyses are performed to predict the rotating natural frequencies of the composite blades including the effects of centrifugal force. By comparing these analysis results, mainly owing to the material properties of composite materials, an improvement in the structural performance of the blades according to the curing process is investigated.
Habibi, Ali Reza;Samadi, Mohammad;Izadpanah, Mehdi
Advances in concrete construction
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v.10
no.3
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pp.271-278
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2020
Quantifying the amount of damage of structures under earthquakes is an interesting issue that researchers have attended on and have presented some damage indices. Whereas a lot of damage indices have been introduced based on nonlinear dynamic analysis, computational effort, the calculus complicacy and time-consuming of this analysis are the main drawbacks to widespread use of these indices. The objective of this study is to quantify the damage of Shear Wall Reinforced Concrete Frames (SWRCFs) based on pushover analysis as a procedure that can reflect the behavior of structures from elastic to collapse. For this purpose, firstly, several SWRCFs are designed and the capacity spectrum of each one is achieved via pushover analysis. After that, the static damage indices of the designed frames are obtained. Then, nonlinear dynamic analyses are performed on these frames and the Park and Ang damage index as the basis damage criterion is achieved. Afterward, some relations are presented to predict the dynamic damage of these frames via pushover analysis. Eventually, to confirm the validity of the proposed relations, the values of Park and Ang damage index of three new SWRCFs are acquired once utilizing nonlinear dynamic analysis and again applying the introduced relations. Outcomes prove the validity of some presented damage indices.
Static and dynamic structural analyses of a turbine bladed-disk for a liquid rocket turbopump are performed to investigate the safety level of strength and vibration at design point. During operation, turbopump is exposed to various external loads. Therefore, the effects of them should be carefully considered and properly modeled. First, due to the high rotational speed of the turbopump, effects of centrifugal forces are considered in the structural analysis. Thermal load caused by severe temperature differences is also considered. A three dimensional finite element method (FEM) is used for linear and nonlinear structural analyses with modified Newton-Raphson iteration method. After the nonlinear solution is obtained from the structural analysis, dynamic characteristics are obtained as a function of rotational speed from the linearized eigenvalue analysis at an equilibrium position. From the analysis results, characteristics of stress distribution and vibration were thoroughly examined and investigated.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.21
no.1
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pp.130-136
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2012
Dynamic as well as static and geometric design parameters such as inertia, tooth profile, backlash and clearance can be directly considered via multi-body dynamic analysis along with contact analysis. However, it is time consuming to use finite elements for the consideration of the tooth flexibility in the multi-body dynamic analysis of gears. A computationally efficient procedure, so called, Gear Stiffness Module, is suggested to resolve this calculation time issue. The characteristics of gear tooth compliance are discussed and rotational stiffness element concept for the Gear Stiffness Module is presented. Transmission error analyses for a spur gear system are carried out to validate the reliability and efficiency of the module. Compared with the finite element model, the Gear Stiffness Module yields considerably similar results and takes only 3% of calculation time.
The majority of connections in moment resisting frames are considered as being fully-rigid. Consequently, the real behavior of the connection, which has some level of flexibility, is ignored. This may result in inaccurate predictions of structural response. This study investigates the influence of flexibility of the extended end-plate connections in the steel moment frames. This is done at two levels. First, the actual micro-behavior of extended end-plate moment connections is explored with respect to joint flexibility. Then, the macro-behavior of frames with end-plate moment connections is investigated using modal, nonlinear static pushover and incremental dynamic analyses. In all models, the P-Delta effects along with material and geometrical nonlinearities were included in the analyses. Results revealed considerable differences between the behavior of the structural frame with connections modeled as fully-rigid versus those when flexibility was incorporated, specifically difference occurred in the natural periods, strength, and maximum inter-story drift angle.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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