Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.41
no.4
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pp.77-85
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1999
In this study, a computer program considering initial imperfection of axisymmetric reinforced concrete shell which plastic deformation by large external loading was developed . Initial imperfection of dome was assumed as 'dimple type' which can be expressed as Wi=(Wo/h)(1-x$^2$)$^3$. The developed model applied to the analysis of dynamic response of axisymmetric reinforced concrete shell when it has initial imperfection. The initial imperfection of 0.0, -5.0, and 5cm and steel and steel layer ratio 0,3, and 5% were tested for numerical examples . The results can be summarized as follows ; 1. Dynmaic response of vertical deflection at dome crown showed slow increased if it has not inital imperfection . But the response showed relatively high amplitude when initial imperfection was inner directed (opposite direction to loading). Similar trends also appeared for different steel layer ratios. 2. Dynamic responses of radial displacement at the junction of dome and wall showed the highest amplitude when initial imperfection was inward directed (opposite direction to loading). The lowest amplitude occurred when initial imperfection was outward directed (same direction to loading). Vibration period also delayed for inward directed initial imperfection . These trends were obvious as steel layer ratio increasing. 3. The effects of imperfection for the dynamic response of radial displacement a the center of wall scarely appeared. The effects of initial imperfection of dome on the dynmaic response of the wall can be neglected. 4. Effect of steel on the dynmic response of axisymmetric shell structure was great when initial imperfection did not exist. And the effect of direction of initial imperfection (inward or outward) did not show big difference.
Kim, Sung-Bo;Kim, Hun-Kyom;Jung, Kyoung-Hwan;Han, Man-Yop;Kim, Moon-Young
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.21
no.1
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pp.43-50
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2008
The analysis and results of flexural behavior for steel composite beam with built-up cross-section considering bolt deformation are presented in this paper. The bolt deformation and the restrict effect due to bolt-connection and friction are considered to investigate the flexural behavior of steel composite beam. Nonlinear spring element in ABAQUS is used to consider bolt deformation, also the results are compared with those in case bolt deformations are ignored. The displacement, bending stresses and shear stresses are calculated by F.E. model, and these results are compared with the analytical value of no interaction beam, partial interaction beam and full interaction beam. As a result of analysis, the behavior of composite beam is more dependant on the composite rate than the friction of the steel. When the composite rate is more than 50%, the behavior of composite beam considering the effects of bolt deformation is similar to that of fully composite beam.
Kim, Kang Seok;Nah, Hwan Seon;Lee, Hyeon Ju;Lee, Kang Min;Yoo, Kyung Seok
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.15
no.1
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pp.120-128
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2011
Recently, safety diagnosis of the existing structures has been emerged as important issue. In particular, systematical and precise safety diagnostics for steel structures for power substation, have been required. Steel structures for power substation are under the periodical impact loads from operations of gas insulated switchgear. These loading condition accelerates damage and aging of structure. The objective of this research is to evaluate damage of structure under periodical impact loads. To evaluate the integrity of structures as organizing mathematical models including the dynamic characteristics of structures, Frequency Domain Decomposition method was choiced and an algorism was proposed. For verifying this methods and algorism, a mathematical model is composed of the development of a variety of reverse analysis and a signal processing technology reflecting physical damage of structures. A series of analysis and test results indicatge that proposed method has a confidence for applying a filed test. Therefore, it is expected to be able to take advantage of system identification to detect damage for the maintenance and management of steel structures under periodical impact loads such as power substation.
Moon, Do Young;Kang, Jae Mo;Lee, Janggeun;Lee, Sang Yoon
Journal of the Korean Geosynthetics Society
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v.13
no.4
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pp.109-117
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2014
Using the finite element analysis model presented in accompanying paper, parametric study was performed in this paper. Various parameters were considered such as the width of wheel loads-induced permanent plastic deformation, backfill, equivalent thickness and orthogonal characteristic of steel mats. The effects of these parameters were analyzed for vertical and rotational displacements, maximum moment and tensile stress. From the parametric studies, it is found that great vertical deflection and tensile stress above allowable flexural tensile strength are developed in steel mats by the wheel loads-induced permanent plastic deformation. Backfill or increasing the thickness of steel mats is a feasible solution on this problem.
GA-based fuzzy optimum design algorithm incorporated with the refined plastic hinge analysis method is presented in this study. In the refined plastic hinge analysis method, geometric nonlinearity is considered by using the stability functions of the beam-column members. Material nonlinearity is also considered by using the gradual stiffness degradation model, which considers the effects of residual stresses, moment redistribution through the occurence of plastic hinges, and the geometric imperfections of the members. In the genetic algorithm, the tournament selection method and the total weight of the steel frames. The requirements of load-carrying capacity, serviceability, ductility, and constructabil ity are used as the constraint conditions. In fuzzy optimization, for crisp objective function and fuzzy constraint s, the tolerance that is accepted is 5% of the constraints. Furthermore, a level-cut method is presented from 0 to 1 at a 0 .2 interval, with the use of the nonmembership function, to solve fuzzy-optimization problems. The values of conventional GA optimization and fuzzy GA optimization are compared in several examples of steel structures.
Choi, Se Hyu;Park, Moon Ho;Song, Jae Ho;Lim, Cheong Kweon
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.15
no.6
s.67
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pp.661-672
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2003
The advanced analysis and optimal design of semi-rigid frame were presented. Advanced analysis can predict the combined nonlinear effects of connection, geometry, and material on the behavior and strength of semi-rigid frames. The Kishi-Chen power model was used to describe the nonlinear behavior of semi-rigid connections. Geometric nonlinearity was determined using stability functions. On the other hand, material nonlinearity was determined using the Column Research Council (CRC) tangent modulus and parabolic function. The direct search method proposed by Choi and Kim was used as optimization technique. The member with the largest unit value evaluated using the LRFD interaction equation was replaced one by one with an adjacent larger member selected from the database. The objective function was assumed as the weight of steel frame, with the constraint functions accounting for load-carrying capacities, deflections. inter-story drifts, and ductility requirement. Member sizes determined by the proposed method were compared with those derived using the conventional LRFD method.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.38
no.12
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pp.1051-1056
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2014
After hot rolling, a high-temperature steel plate with a temperature higher than $800^{\circ}C$ is rapidly cooled by multiple circular water jets. In this cooling process, because the temperature of the steel plate is much higher than the boiling point of the cooling water, film-boiling heat transfer occurs and a very thin steam layer forms between the plate surface and the cooling water. The steam layer acts as a thermal resistance that prevents heat transfer between the cooling water and the steel plate. In addition to the film-boiling heat transfer, complex physical phenomena such as the free-surface flow of residual water that accumulated on the material and the material's high-speed motion also occur in the cooling process. In this study, the simultaneous cooling process of the upper and lower sides of a running hot steel strip is investigated using a three-dimensional numerical model and the cooling performances and characteristics of the upper-side cooling and lower-side cooling are compared.
The objective of this study is to formulate a general 3D material-structural analysis framework for the thermomechanical behavior of steel-concrete structures in a fire environment. The proposed analysis framework consists of three sequential modeling parts: fire dynamics simulation, heat transfer analysis, and a thermomechanical stress analysis of the structure. The first modeling part consists of applying the NIST (National Institute of Standards and Technology) Fire Dynamics Simulator (FDS) where coupled CFD (Computational Fluid Dynamics) with thermodynamics are combined to realistically model the fire progression within the steel-concrete structure. The goal is to generate the spatial-temporal (ST) solution variables (temperature, heat flux) on the surfaces of the structure. The FDS-ST solutions are generated in a discrete form. Continuous FDS-ST approximations are then developed to represent the temperature or heat-flux at any given time or point within the structure. An extensive numerical study is carried out to examine the best ST approximation functions that strike a balance between accuracy and simplicity. The second modeling part consists of a finite-element (FE) transient heat analysis of the structure using the continuous FDS-ST surface variables as prescribed thermal boundary conditions. The third modeling part is a thermomechanical FE structural analysis using both nonlinear material and geometry. The temperature history from the second modeling part is used at all nodal points. The ABAQUS (2003) FE code is used with external user subroutines for the second and third simulation parts in order to describe the specific heat temperature nonlinear dependency that drastically affects the transient thermal solution especially for concrete materials. User subroutines are also developed to apply the continuous FDS-ST surface nodal boundary conditions in the transient heat FE analysis. The proposed modeling framework is applied to predict the temperature and deflection of the well-documented third Cardington fire test.
In the current study, the influence of the initial lateral (sweep) shape and the cross-sectional twist imperfection on the lateral torsional buckling (LTB) response of doubly-symmetric steel I-beams was investigated. The material imperfection (residual stress) was not considered. For this objective, standard European IPN 300 beam with different unbraced span was numerically analyzed for three imperfection cases: (i) no sweep and no twist (perfect); (ii) three different shapes of global sweep (half-sine, full-sine and full-parabola between the end supports); and (iii) the combination of three different sweeps with initial sinusoidal twist along the beam. The first comparison was done between the results of numerical analyses (FEM) and both a theoretical solution and the code lateral torsional buckling formulations (EC3 and AISC-LRFD). These results with no imperfection effects were then separately compared with three different shapes of global sweep and the presence of initial twist in these sweep shapes. Besides, the effects of the shapes of initial global sweep and the inclusion of sinusoidal twist on the critical buckling load of the beams were investigated to unveil which parameter was considerably effective on LTB response. The most compatible outcomes for the perfect beams was obtained from the AISC-LRFD formulation; however, the EC-3 formulation estimated the $P_{cr}$ load conservatively. The high difference from the EC-3 formulation was predicted to directly originate from the initial imperfection reduction factor and high safety factor in its formulation. Due to no consideration of geometric imperfection in the AISC-LFRD code solution and the theoretical formulation, the need to develop a practical imperfection reduction factor for AISC-LRFD and theoretical formulation was underlined. Initial imperfections were obtained to be more influential on the buckling load, as the unbraced length of a beam approached to the elastic limit unbraced length ($L_r$). Mode-compatible initial imperfection shapes should be taken into account in the design and analysis stages of the I-beam to properly estimate the geometric imperfection influence on the $P_{cr}$ load. Sweep and sweep-twist imperfections led to 10% and 15% decrease in the $P_{cr}$ load, respectively, thus; well-estimated sweep and twist imperfections should considered in the LTB of doubly-symmetric steel I-beams.
To determine the optimum dynamic load test analysis for PCFT (Prestressed Concrete Filled steel Tube) hybrid composite piles that PCFT piles are connected to the top of PHC piles, the dynamic load tests and CAPWAP analyses were performed on two hybrid composite piles with steel pipe and PCFT piles as upper piles. The results of the dynamic load tests and CAPWAP analyses showed that the particle velocity measured in PCFT hybrid composite piles was equal to the wave speed of PHC piles when the strain gauges and accelerometers are attached to the surface of inner composite PHC pile after removing the steel pipe in the upper PCFT pile. In addition, when assuming that the material of that upper PCFT pile was the same as that of the lower PHC pile and the cross-sectional area of the steel pipe in upper PCFT pile was converted to that for concrete through the pile model (PM) in CAPWAP analysis, the accuracy of the CAPWAP analysis result for PCFT hybrid composite piles was very high.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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