Sy, Jose A.;Anwar, Naveed;Aung, Thaung Htut;Rayamajhi, Deepak
International Journal of High-Rise Buildings
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v.3
no.1
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pp.81-87
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2014
The use of Buckling Restrained Braces (BRB) for enhancing the performance of the buildings is gaining wider acceptance. This paper presents the first application of these devices in a major high-rise building in the Philippines. A 50-storey residential reinforced concrete building tower, with ductile core wall, with BRB system is investigated. The detailed modeling and design procedure of buckling restrained brace system is presented for the optimal design against the two distinct levels of earthquake ground motions; serviceable behavior for frequent earthquakes and very low probability of collapse under extremely rare earthquakes. The stiffness and strength of the buckling restrained brace system are adjusted to optimize the performance of the structural system under different levels of earthquakes. Response spectrum analysis is conducted for Design Basis Earthquake level and Service level, while nonlinear time history analysis is performed for the most credible earthquake. The case study results show the effectiveness of buckling restrained braces.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.22
no.5
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pp.291-298
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2018
Existing reinforced concrete building structures have seismic vulnerabilities under successive earthquakes (or mainshock-aftershock sequences) due to their inadequate column detailing, which leads to shear failure in the columns. To improve the shear capacity and ductility of the shear-critical columns, a fiber-reinforced polymer jacketing system has been widely used for seismic retrofit and repair. This study proposed a numerical modeling technique for damaged reinforced concrete columns repaired using the fiber-reinforced polymer jacketing system and validated the numerical responses with past experimental results. The column model well captured the experimental results in terms of lateral forces, stiffness, energy dissipation and failure modes. The proposed column modeling method enables to predict post-repair effects on structures initially damaged by mainshock.
This paper discusses an entire procedure for a robust controller design and its implementation of an AMB (active magnetic bearing) spindle, which is part II of the papers presenting details of system modeling and robust control of an AMB spindle. Since there are various uncertainties in an AMB system and reliability is the most important factor for applications, robust control naturally gains attentions in this field. However, tight evaluations of various uncertainties based on experimental data and appropriate performance weightings for an AMB spindle are still ongoing research topics. In addition, there are few publications on experimental justification of a designed robust controller. In this paper, uncertainties for the AMB spindle are classified and described based on the measurement and identification results of part I, and an appropriate performance weighting scheme for the AMB spindle is developed. Then, a robust control is designed through the mixed ${\mu}$ synthesis based on the validated accurate nominal model of part I, and the robust controller is reduced considering its closed loop performance. The reduced robust controller is implemented and confirmed with measurements of closed-loop responses. The AMB spindle is operated up to 57,600 rpm and performance of the designed controller is compared with a benchmark PID controller through experiments. Experiments show that the robust controller offers higher stiffness and more efficient control of rigid modes than the benchmark PID controller.
In this paper, a novel methodology is proposed to obtain optimum location of outriggers. The method utilizes genetic algorithm (GA) for shape and size optimization of outrigger-braced tall structures. In spite of previous studies (simplified methods), current study is based on exact modeling of the structure in a computer program developed on Matlab in conjunction with OpenSees. In addition to that, exact wind loading distribution is calculated in accordance with ASCE 7-10. This is novel since in previous studies wind loading distributions were assumed to be uniform or triangular. Also, a new penalty coefficient is proposed which is suitable for optimization of tall buildings. Newly proposed penalty coefficient improves the performance of GA and results in a faster convergence. Optimum location and number of outriggers is investigated. Also, contribution of factors like central core and outrigger rigidity is assessed by analyzing several design examples. According to the results of analysis, exact wind load distribution and modeling of all structural elements, yields optimum designs which are in contrast of simplified methods results. For taller frames significant increase of wind pressure changes the optimum location of outriggers obtained by simplified methods. Ratio of optimum location to the height of the structure for minimizing weight and satisfying serviceability constraints is not a fixed value. Ratio highly depends on height of the structure, core and outriggers stiffness and lateral wind loading distribution.
Though extensive research has been carried out for the ultimate strength of steel reinforced concrete (SRC) members under static and cyclic load, there was only limited information on the applied analysis models. Modeling of the inelastic response of SRC members can be accomplished by using a microcosmic model. However, generally used microcosmic model, which usually contains a group of parameters, is too complicated to apply in the nonlinear structural computation for large whole buildings. The intent of this paper is to develop an effective modeling approach for the reliable prediction of the inelastic response of SRC columns. Firstly, five SRC columns were tested under cyclic static load and constant axial force. Based on the experimental results, normalized trilinear skeleton curves were then put forward. Theoretical equation of normalizing point (ultimate strength point) was built up according to the load-bearing mechanism of RC columns and verified by the 5 specimens in this test and 14 SRC columns from parallel tests. Since no obvious strength deterioration and pinch effect were observed from the load-displacement curve, hysteresis rule considering only stiffness degradation was proposed through regression analysis. Compared with the experimental results, the applied analysis model is so reasonable to capture the overall cyclic response of SRC columns that it can be easily used in both static and dynamic analysis of the whole SRC structural systems.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.30
no.8
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pp.790-796
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2013
Micro-speaker diaphragms play an important role in generating a desired audio response. The diaphragm is generally a circular membrane, and the cross section is a double dome, with an inner dome and an outer dome. To improve the sound quality of the speaker, a number of corrugations may be included in the outer dome region. In this study, the role of these corrugations is investigated using two kinds of finite element method (FEM) calculations. Structural FEM modeling was carried out to investigate the change in stiffness of the diaphragm when the corrugations were included. Modal FEM modeling was then carried out to compare the natural frequencies and the resulting vibrational modes of the plain and corrugated diaphragms. The effects of the corrugations on the vibration characteristics of the diaphragm are discussed.
Changes in chemical structure have profound effects on the physical properties of epoxy-based materials, and eventually affect the durability of the entire system. Microscopic structural voids generally existing in the epoxy cross-linked networks have a detrimental influence on the epoxy mechanical properties, but the relation remains elusive, which is hindered by the complex structure of epoxy-based materials. In this paper, we investigate the effect of structural voids on the epoxy-based materials by using our developed mesoscale model equipped with the concept of multiscale modeling, and SU-8 photoresist is used as a representative of epoxy-based materials. Developed from the results of full atomistic simulations, the mesoscopic model is validated against experimental measurements, which is suitable to describe the elastic deformation of epoxy-based materials over several orders of magnitude in time- and length scales. After that, a certain quantity of the structure voids is incorporated in the mesoscale model. It is found that the existence of structural voids reduces the tensile stiffness of the mesoscale epoxy network, when compared with the case without any voids in the model. In addition, it is noticed that a certain number of the structural voids have an insignificant effect on the epoxy elastic properties, and the mesoscale model containing structural voids is close to those found in real systems.
This study is focused on an integrated numerical modeling enabling one to investigate the dynamic behavior and failure of 2-D textile composite and 3-D orthogonal woven composite structures weakened by micro-cracks and subjected to an impact load. The integrated numerical modeling is based on: I) determination of governing equations via a three-level hierarchy: micro-mechanical unit cell analysis, layer-wise analysis accounting for transverse strains and stresses, and structural analysis based on anisotropic plate layers, II) development of an efficient computational approach enabling one to perform transient response analyses of 2-D plain woven and 3-D orthogonal woven composite structures featuring the matrix cracking and exposed to time-dependent loads, III) determination of the structural characteristics of the textile-layered composites and their degraded features under various geometrical yarn shapes, and finally, IV) assessment of the implications of stiffness degradation on dynamic response to impact loads.
Applicability of constructing piled raft foundations on soft clay has been given attention in recent years. Lack of sufficient stiffness for soil and thus excessive settlements to allow higher contribution of piles is the major concern in this regard. This paper presents a numerical investigation of performance of piled-raft foundations on soft clay with focusing on a case study. A 3D FEM numerical model is developed using ABAQUS. The model was calibrated by comparing physical and numerical modeling results of other researchers. Then the possibility of using piled-raft system in construction of foundation for a water storage tank in Sarbandar, Iran is assessed. Soil strength parameters in the numerical model were calibrated using the instrumentation data of a heavily instrumented preloading project at the construction site. The results indicate that choosing the proper combination of length and spacing for piles can lead to acceptable differential and total settlements while a high percentage of total bearing capacity of piles can be mobilized, which is an efficient solution for the project. Overall, the construction of piled-rafts on soft clays is promising as long as the total settlement of the structure is not imposing restrictions such as the common 25 mm allowable settlement. But instead, if higher allowable settlements are adopted, for example in the case of rigid steel tanks, the method shall be applicable with considerable cost savings.
A nonlinear finite element modeling approach is developed to assess the behavior of a dowel bar embedded on a single concrete block substrate, subjected to monotonic loading. In this approach, a discrete representation of the steel reinforcing bar is considered, using beam finite elements with nonlinear material behavior. The bar is connected to the concrete embedment through nonlinear Winkler spring elements. This modeling approach can only be used if a new constitutive model is developed for the spring elements, to simulate the deformability and strength of the concrete substrate. To define this constitutive model, an extensive literature review was conducted, as well as 3 experimental tests, in order to select the experimental data which can be used in the calibration of the model. Based on this data, an empirical model was established to predict the global dowel response, for a wide range of bar diameters and concrete strengths. This empirical model provided the information needed for calibration of the nonlinear Winkler spring model, valid for dowel displacements up to 4 mm. This new constitutive model is composed by 5 stages, in order to reproduce the concrete substrate response.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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