Conceptual configuration and seismic performance of high-rise steel frame-brace structure are studied. First, the topology optimization problem of minimum volume based on truss-like material model under earthquake action is presented, which is solved by full-stress method. Further, conceptual configurations of 20-storey and 40-storey steel frame-brace structure are formed. Next, the 40-storeystructure model is developed in Opensees. Two common configurations are utilized for comparison. Last, seismic performance of 40-storey structure is derived using nonlinear static analysis and nonlinear dynamic analysis. Results indicate that structural lateral stiffness and maximum roof displacement can be improved using brace. Meanwhile seismic damage can also be decreased. Moreover, frame-brace structure using topology optimization is most favorable to enhance lateral stiffness and mitigate seismic damage. Thus, topology optimization is an available way to form initial conceptual configuration in high-rise steel frame-brace structure.
Non-stationary random seismic response and reliability of multi-degree of freedom hysteretic structure system are studied based on the cumulative damage failure mechanism. First, dynamic Eqs. of multi-degree of freedom hysteretic structure system under earthquake action are established. Secondly, the random seismic response of a multi-degree freedom hysteretic structure system is investigated by the combination of virtual excitation and precise integration. Finally, according to the damage state level of structural, the different damage state probability of high-rise frame structure is calculated based on the boundary value of the cumulative damage index in the seismic intensity earthquake area. The results show that under the same earthquake intensity and the same floor quality and stiffness, the lower the floor is, the greater the damage probability of the building structure is; if the structural floor stiffness changes abruptly, the weak layer will be formed, and the cumulative damage probability will be the largest, and the reliability index will be relatively small. Meanwhile, with the increase of fortification intensity, the reliability of three-level structure fortification is also significantly reduced. This method can solve the problem of non-stationary random seismic response and reliability of high-rise buildings, and it has high efficiency and practicability. It is instructive for structural performance design and estimating the age of the structure.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.19
no.3
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pp.77-85
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2020
In this study, we proposed a method to replace the solid finite element model of the boiler membrane wall for coal-fired power plants using an equivalent shell model. The application of a bending load to the membrane wall creates greater displacement at both ends of the central portion when compared with the middle when an isotropic elastic constant is used in the shell model. This is inconsistent with the results of the solid model where the central portion is uniformly deformed. Here, we presented a method to determine the orthotropic elastic constants of the shell model in terms of bending stiffness and vibration characteristics to solve this problem. Our analysis of the orthotropic shell model showed that the error ratio was 0.9% for the maximum displacement due to the bending load, 0.3% for the first natural frequency, and 2.5% for the second natural frequency when compared with the solid model. In conclusion, a complicated boiler membrane wall composed of a large number of pipes and fins can be replaced with a simple shell model that shows equivalent bending stiffness and vibration characteristics using our proposed method.
Floor impact sound has been most annoying for years among the noises which are produced in apartment. This study aims to analyze the improvement of floor impact sound by comparing the results of the test which was carried out for the wall slab type apartment and moment frame apartment, and also for the effect of advanced vibration isolation layer. Moment frame structure that main structure consists of column and slab has shown better performance for the heavyweight impact sound comparing with wall slab type structure which is general type in Korea. Stiffness of floor system was raised by reinforcing the stiffness of vibration isolation layer, and it was analyzed how much the floor impact sound performance was improved. The result showed that the reinforced floor had better performance than the existing floor system that uses lightweight porous concrete as vibration isolation material. In addition, a system used wire mesh in mortar showed improvement of floor impact sound than a system without wire mesh, and better performance for the frequency bands lower than 160 Hz which causes floor impact problem in wall slab type apartment.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.18
no.11
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pp.107-115
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2001
Most of rotating machineries supported by contact bearing accompany lowering efficiency, vibration and wear. Moreover, because of vibration, which is occurred in rotating shaft, they have the limits of driving speed and precision. The rotor system has parametric variations or external disturbances such as mass unbalance variations in long operation. Therefore, it is necessary to research about magnetic bearing, which is able to support the shaft without mechanical contact and to control rotor vibration without being affected by external disturbances or parametric changes. Magnetic bearing system in the paper is composed of position sensor, digital controller, actuating amplifier and electromagnet. This paper applied the robust control method using quantitative feedback theory (QFT) to control the magnetic bearing. It also proposed design skill of optimal controller, in case the system has structured uncertainty, unstructured uncertainty and disturbance. Reduction of vibration is verified at critical rotating speed even external disturbance exists. Unbalance response, a serious problem in rotating machinery, is improved by magnetic bearing using QFT algorithm.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2006.05a
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pp.1223-1228
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2006
This paper presents an experimental investigation of a recently developed Kronecker Product (KP) method to determine the type, location, and intensity of structural damage from an identified state-space model of the system. Although this inverse problem appears to be highly nonlinear, the system mass, stiffness, and damping matrices are identified through a series of transformations, and with the aid of the Kronecker product, only linear operations are involved in the process. Since a state-space model can be identified directly from input-output data, an initial finite element model and/or model updating are not required. The test structure is a two-degree-of-freedom torsional system in which mass and stiffness are arbitrarily adjustable to simulate various conditions of structural damage. This simple apparatus demonstrates the capability of the damage detection method by not only identifying the location and the extent of the damage, but also differentiating the nature of the damage. The potential applicability of the KP method for structural damage identification is confirmed by laboratory test.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2009.03a
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pp.388-395
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2009
Steel casing used to keep a borehole wall in the construction of drilled shaft increases the vertical and lateral stiffness and strength of pile, but it is usually pulled out or ignored due to the absence of standard or the problem of erosion of steel casing. In order to make use of steel casing as a permanent structure, this study carried out an experimental work for the steel-concrete composite pile. Four types of piles were used to estimate the lateral behavior of piles, which are reinforced concrete pile, steel pile and steel-concrete composite pile with and without reinforcing bar. The subgrade-reaction spring system was developed to simulate the lateral stiffness of soil in laboratory. Also, the composite loading system which can apply the axial and lateral load simultaneously was employed.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.8
no.1
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pp.49-56
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2008
A multi-objective optimization approach is presented for force design of tensegrity structures. The geometry of the structure is given a priori. The design variables are the member forces, and the objective functions are the lowest eigenvalue of the tangent stiffness matrix that is to be maximized, and the deviation of the member forces from the target values that is to be minimized. The multi-objective programming problem is converted to a series of single-objective programming problems by using the constraint approach. A set of Pareto optimal solutions are generated for a tensegrity grid to demonstrate the validity of the proposed method.
The general solution of the anti-plane shear problem for the curved interfacial crack between viscoelastic foam and composites was investigated with the complex variable displacement function. Kelvin-Maxwell three parameter model is used to present viscoelasticity and the Laplace transform was applied to treat the viscoelastic characteristics of foam in the analysis. The stress intensity factor near the interfacial crack tip was predicted by considering both anisotropic and viscoelastic properties of two different materials. The results showed that the stress intensity factor increased with increasing the curvature of the curved interfacial crack and it also increased and eventually converged to a specific value with increasing time. The stress intensity factor increased with increasing the ratio of stiffness coefficients between foam and composites and the effect of fiber orientation on the stress intensity factor decreased with increasing the ratio of stiffness coefficients between foam and composites.
The possibility of detecting a crack in L-shaped pipes filled with fluid based on measurement of transverse natural frequencies is examined. The problem is solved by representing the crack by a massless rotational spring, simulating the out-of-plane transverse vibration only without solving the coupled torsional vibration and using the transfer matrix method for solution of the governing equation. The theoretical solutions are verified by experiments. The cracks considered are external, circumferentially oriented and have straight front. Pipes made of aluminium and mild steel are tested with water as internal fluid. Crack size to pipe thickness ratio ranging from 0.20 to 0.57 and fluid (gauge) pressure in the range of 0 to 10 atmospheres are examined. The rotational spring stiffness is obtained by an inverse vibration analysis and deflection method. The details of the two methods are given. The results by the two methods are presented graphically and show good agreement. Crack locations are also determined by the inverse analysis. The maximum absolute error in the location is 13.80%. Experimentally determined variation of rotational spring stiffness with ratio of crack size to thickness is utilized to predict the crack sizes. The maximum absolute errors in prediction of crack size are 17.24% and 16.90% for aluminium and mild steel pipes respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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