Recent severe earthquakes in and around the vital public places worldwide indicate the severe vulnerability of ground excitation to be assailed. Reducing the effect of seismic lateral load in structural design is an important conception. Essentially, seismic isolation is required to shield the superstructure in such a way that the building superstructure would not move when the ground is shaking. This study explores the effectiveness, design, and practical feasibility of base isolation systems to reduce seismic demands on buildings of varying elevations. Thus, static and dynamic analyses were conducted based on site-specific bi-directional earthquakes for base-isolated as well as fixed-based buildings. Remarkably, it was discovered that isolators used in low-rise to high-rise structures tend to significantly decrease the structural responses of seismic prone buildings. The higher allowable horizontal displacement induces structural flexibility and ensure good structural health of the building stories. Reinforcement from vertical and horizontal members can be reduced in significant amounts for BI buildings. Thus, although incorporating base isolators increases the initial outlay, it considerably diminishes the total structural cost.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.43
no.3
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pp.195-203
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2015
In this paper, the dynamic behavior of wrinkled triangular solar sail was studied by finite element analysis. The analysis was proceeded first by performing static wrinkle analysis under tensile corner load on sail membrane, and then performing modal analysis. The membrane element method with wrinkle algorithm and the shell element post-buckling analysis method were used to account for the wrinkle deformation and the results were compared for analysis methods throughly. The comparison was also made to that without wrinkle consideration to investigate the effect of wrinkle deformation on the results. Cases with various loading cable angles were analyzed and the results were systematically examined.
In this paper, a finite element analysis based on the local approach concept to fracture in the continuum damage mechanics is performed to analyze ductile fracture in two dimensional quasi-static state. First an isotropic damage model based on the generalized concept of effective stress is proposed for structural materials in the context of large deformation. In this model, the stiffness degradation is taken as a measure of damage and so, the fracture phenomenon can be explained as the critical deterioration of stiffness at a material point. The modified Riks' continuation technique is used to solve incremental iterative equations. Crack propagation is achieved by removing critically damaged elements. The mesh size sensitivity analysis and the simulation of the well known shearing mode failure in plane strain state are carried out to verify the present formulation. As numerical examples, an edge cracked plate and the specimen with a circular hole under plane stress are taken. Load-displacement curves and successively fractured shapes are shown. From the results, it can be concluded that the proposed model based on the local approach concept in the continuum damage mechanics may be stated as a reasonable tool to explain ductile fracture initiation and crack propagation.
Georgiades, Anastasis V.;Saha, Gobinda C.;Kalamkarov, Alexander L.;Rokkam, Srujan K.;Newhook, John P.;Challagulla, Krishna S.
Smart Structures and Systems
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v.1
no.4
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pp.369-384
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2005
The main objectives of this paper are to demonstrate the feasibility of using newly developed smart GFRP reinforcements to effectively monitor reinforced concrete beams subjected to flexural and creep loads, and to develop non-linear numerical models to predict the behavior of these beams. The smart glass fiber-reinforced polymer (GFRP) rebars are fabricated using a modified pultrusion process, which allows the simultaneous embeddement of Fabry-Perot fiber-optic sensors within them. Two beams are subjected to static and repeated loads (until failure), and a third one is under long-term investigation for assessment of its creep behavior. The accuracy and reliability of the strain readings from the embedded sensors are verified by comparison with corresponding readings from surface attached electrical strain gages. Nonlinear finite element modeling of the smart concrete beams is subsequently performed. These models are shown to be effective in predicting various parameters of interest such as crack patterns, failure loads, strains and stresses. The strain values computed by these numerical models agree well with corresponding readings from the embedded fiber-optic sensors.
In this paper, overstrength, ductility and response modification factors are calculated for frames braced with a different type of buckling restrained braces, called reduced yielding segment BRB (Buckling Restrained Brace) in which the length of its yielding part is reduced and placed in one end of the brace element in comparison with conventional BRBs. Forthermore, these factors are calculated for ordinary BRBF and the results are compared. In this regard incremental dynamic analysis (IDA) method is used for studying 17 records of the most known earthquakes happened in the world. To do that, the considered buildings have different stories and two bracing configurations: diagonal and inverted V chevron, the most ordinary configurations of BRBFs. Static pushover analysis, nonlinear incremental dynamic analysis and linear dynamic analysis have been performed using OpenSees software. Considering the results, it can be seen that, overstrength, ductility and response modification factors of this type of BRBF(Buckling Restrained Braced Frame) is greater than those of conventional types and it shows better seismic performance and also eliminates some of conventional BRBF's disadvantages such as low post-yield stiffness.
Seismic upgrading of existing structures is a technical and social issue aimed at risk reduction. Sustainable design is one of the most important challenges in any structural project. Nowadays, many retrofit strategies are feasible and several traditional and innovative options are available to engineers. Basically, the design strategy can lead to increase structural ductility, strength, or both of them, but also stiffness regulation and supplemental damping are possible strategies to reduce seismic vulnerability. Each design solution has different technical and economical performances. In this paper, four different design solutions are presented for the retrofit of an existing RC frame with poor concrete quality and inadequate reinforcement detailing. The considered solutions are based on FRP wrapping of the existing structural elements or alternatively on new RC shear walls introduction. This paper shows the comparison among the considered design strategies in order to select the suitable solution, which reaches the compromise between the obtained safety level and costs during the life-cycle of the building. Each solution is worked out by considering three different levels of seismic demand. The structural capacity of the considered retrofit solutions is assessed with nonlinear static analysis and the seismic performance is evaluated with the capacity spectrum method.
In order to investigate the accuracy and applicability of steel equivalent constitutive model, the calculated results were compared with typical tests of steel frames under static and dynamic loading patterns firstly. Secondly, four widely used models for time history analysis of steel frames were compared to discuss the applicability and efficiency of different methods, including shell element model, multi-scale model, equivalent constitutive model (ECM) and traditional beam element model (especially bilinear model). Four-story steel frame models of above-mentioned finite element methods were established. The structural deformation, failure modes and the computational efficiency of different models were compared. Finally, the equivalent constitutive model was applied in seismic incremental dynamic analysis of a ten-floor steel frame and compared with the cyclic hardening model without considering damage and degradation. Meanwhile, the effects of damage and degradation on the seismic performance of steel frame were discussed in depth. The analysis results showed that: damages would lead to larger deformations. Therefore, when the calculated results of steel structures subjected to rare earthquake without considering damage were close to the collapse limit, the actual story drift of structure might already exceed the limit, leading to a certain security risk. ECM could simulate the damage and degradation behaviors of steel structures more accurately, and improve the calculation accuracy of traditional beam element model with acceptable computational efficiency.
Kim, Ho-Chan;Moon, Dong-Chun;Kim, Min-Chan;Kim, Sin;Lee, Yoon-Joon
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.9
no.1
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pp.50-56
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2003
In electrical impedance tomography(EIT), various image reconstruction algorithms have been used in order to compute the internal resistivity distribution of the unknown object with its electric potential data at the boundary. Mathematically the EIT image reconstruction algorithm is a nonlinear ill-posed inverse problem. This paper presents a new combined method based on genetic algorithm(GA) and modified Newton-Raphson(mNR) algorithm via two-step approach for the solution of the static EIT inverse problem. In the first step, each mesh is classified into three mesh groups: target, background, and temporary groups. The mNR algorithm can be used to determine the region of group. In the second step, the values of these resistivities are determined using genetic algorithm. Computer simulations with the 32 channels synthetic data show that the spatial resolution of reconstructed images by the proposed scheme is improved compared to that of the mNR algorithm at the expense of increased computational burden.
This paper presents the current limit strategy of voltage controller of delta-connected H-bridge static synchronous compensator (STATCOM) under an unbalanced voltage fault event. When phase to ground fault happens, the feasibility to heighten the magnitude of sagging phase voltage is considered by using symmetric transformation method in delta-structure STATCOM. And the efficiency to cover the maximum physical current limit of switching device is considered by using vector analysis method that calculate the zero sequence current for balancing the cluster energy in delta connected H-bridge STATCOM. The result is simple and obvious. Only positive sequence current has to be used to support the unbalanced voltage sag. Although the relationship between combination of the negative sequence voltage with current and zero sequence current is nonlinear, the more negative sequence current is supplying, the larger zero sequence current is required. From the full-model STATCOM system simulation, zero sequence current demand is identified according to a ratio of positive and negative sequence compensating current. When only positive sequence current support voltage sag, the least zero sequence current is needed.
The primary objectives of this research are to investigate the energy factor response of steel moment resisting frame (MRF) systems equipped with fuses subject to ground motions and to develop an energy-based evaluation approach for evaluating the damage-control behavior of the system. First, the energy factor of steel MRF systems with fuses below the resilience threshold is derived utilizing the energy balance equation considering bilinear oscillators with significant post-yielding stiffness ratio, and the effect of structural nonlinearity on the energy factor is investigated by conducting a parametric study covering a wide range of parameters. A practical transformation approach is also proposed to associate the energy factor of steel MRF systems with fuses with classic design spectra based on elasto-plastic systems. Then, the energy balance is extended to structural systems, and an energy-based procedure for damage-control evaluation is proposed and a damage-control index is also derived. The approach is then applied to two types of steel MRF systems with fuses to explore the applicability for quantifying the damage-control behavior. The rationality of the proposed approach and the accuracy for identifying the damage-control behavior are demonstrated by nonlinear static analyses and incremental dynamic analyses utilizing prototype structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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