In this paper, nonlinear static analysis of three-dimensional cable stayed bridges is performed for the time dependent materials properties such as creep, shrinkage and aging of concrete and relaxation of cable. Manavgat Cable-Stayed Bridge is selected as an application. The bridge located in Antalya, Turkey, was constructed with balanced cantilever construction method. Total length of the bridge is 202 m. The bridge consists of one $\ddot{e}$ shape steel tower. The tower is at the middle of the bridge span. The construction stages and 3D finite element model of bridge are modeled with SAP2000. Large displacement occurs in these types of bridges so geometric nonlinearity is taken into consideration in the analysis by using P-Delta plus large displacement criterion. The time dependent material strength and geometric variations are included in the analysis. Two different finite element analyses carried out which are evaluated with and without construction stages and results are compared with each other. As a result of these analyses, variation of internal forces such as bending moment, axial forces and shear forces for bridge tower and displacement and bending moment for bridge deck are given with detailed. It is seen that construction stage analysis has a remarkable effect on the structural behavior of the bridge.
The linear constitutive relations and the failure criteria of composite materials made of thermoviscoelastic solids are presented. The post-failure material behavior is proposed and the dynamic finite element equations are formulated. However, a nonlinear term is kept in the energy equation because it represents the effect of the second law of thermodynamics. A general purpose nonlinear three-dimensional dynamic finite element program COMPASS is upgraded and employed in this work to investigate the interdependence among stress wave propagation, stress concentration, failure progression and temperature elevation in composite materials. The consequence of truthfully incorporating the second law of thermodynamics is clearly observed: it will always cause temperature rise if there exists a dynamic mechanical process.
A three-dimensional constitutive modeling for reinforced concrete is presented for finite element nonlinear analysis of reinforced concrete. The targets of interest to the authors are columns confined by lateral steel hoops, RC thin shells subjected to combined in-plane and out-of-plane actions and massive structures of three-dimensional (3D) extent in shear. The elasto-plastic and continuum fracture law is applied to pre-cracked solid concrete. For post cracking formulation, fixed multi-directional smeared crack model is adopted for RC domains of 3D geometry subjected to monotonic and reversed cyclic actions. The authors propose a new scheme of decomposing stress strain fields into sub-planes on which 2D constitutive laws can be applied. The proposed model for 3D reinforced concrete is experimentally verified in both member and structural levels under cyclic actions.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.23
no.2
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pp.235-243
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2010
Three-dimensional structural analysis system for nuclear containment building is presented in this paper. This system includes high-performance plate/shell elements as finite element library. It also adopts numerical modeling technique for unbonded tendon as well as bonded tendon in prestressed concrete structures. This system is constructed by connecting several in-house program to a commercial program DIANA, and then is capable of performing nonlinear analysis for ultimate pressure capacity of nuclear containment building. Finally, three-dimensional structural analysis of CANDU-type containment building is carried out in order to test the reliability of this system. These numerical results are compared with reference values, which obtained from axisymmetric structural analysis.
A three-dimensional static nonlinear finite element analysis was performed on the NUPEC large-scale flanged shear wall, which was the subject of an international study program. Details of the constitutive models and analysis procedures used are provided, and the results of the analysis are presented and discussed. The analytical results are compared to the experimentally observed behaviour, and reasonable correlation is observed. Deficiencies in the modelling are identified. In addition, a parametric study is undertaken to investigate factors and mechanisms influencing both the observed behaviour and the calculated response. Finally, a cyclic load analysis of the wall is described and discussed. The paper serves to point out aspects in modelling that are critical to both producing realistic results, and correctly interpreting those results.
Biswas, Sanjit;Manna, Bappaditya;Choudhary, Shiva S.
Geomechanics and Engineering
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v.5
no.3
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pp.223-240
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2013
In the present study an attempt was made to predict the complex nonlinear parameters of the soil-pile system subjected to the vertical vibration of rotating machines. A three dimensional (3D) finite element (FE) model was developed to predict the nonlinear dynamic response of full-scale pile foundation in a layered soil medium using ABAQUS/CAE. The frequency amplitude responses for different eccentric moments obtained from the FE analysis were compared with the vertical vibration test results of the full-scale single pile. It was found that the predicted resonant frequency and amplitude of pile obtained from 3D FE analysis were within a reasonable range of the vertical vibration test results. The variation of the soil-pile separation lengths were determined using FE analysis for different eccentric moments. The Novak's continuum approach was also used to predict the nonlinear behaviour of soil-pile system. The continuum approach was found to be useful for the prediction of the nonlinear frequency-amplitude response of full-scale pile after introducing the proper boundary zone parameters and soil-pile separation lengths.
Structural and dynamic analyses of inducer and impeller for an oxidizer turbopump are peformed to investigate the safety level of strength and vibration at a design point. Due to high rotational speed of turbopump, effects of centrifugal forces are carefully considered in the structural analysis. Hydrodynamic pressure is also considered as an external force applied to inducer and impeller blades. A three-dimensional Finite Element Method (FEM) is used for linear and nonlinear structural analyses with modified Newton-Raphson iteration method. After the nonlinear trim 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. According to the results of numerical analysis, the safety margins of strength and vibration resonances are sufficient enough for safe operation within the requited life cycle.
Structural and dynamic analyses of inducer and impeller for a oxidizer turbopump are peformed to investigate the safety level of strength and vibration at design point. Due to high rotational speed of turbopump, effects of centrifugal forces are carefully considered in the structural analysis. Hydrodynamic pressure is also considered as an external force applied to inducer and impeller blades. A three dimensional finite element method(FEM) is used for linear and nonlinear structural analyses with modified Newton-Raphson iteration method. After the nonlinear trim 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. According to the results of numerical analysis, the safety margins of strength and vibration resonances m sufficient enough to be operated safely within the required life cycle.
Procedures are investigated by which nonlinear finite element shell analysis algorithms can be simplified to provide more cost effective approximate analyses of orthogonally-reinforced concrete flat plate structures. Two alternative effective stiffness formulations, and an unbalanced force formulation, are described. These are then implemented into a nonlinear shell analysis algorithm. Nonlinear geometry, three-dimensional layered stress analyses, and other general formulations are bypassed to reduce the computational burden. In application to standard patch test problems, these simplified approximate analysis procedures are shown to provide reasonable accuracy while significantly reducing the computational effort. Corroboration studies using various simple and complex test specimens provide an indication of the relative accuracy of the constitutive models utilized. The studies also point to the limitations of the approximate formulations, and identify situations where one should revert back to full nonlinear shell analyses.
In this study, the improved three-dimensional analysis model designed for a more accurate analysis of marine cable-supported structures, is presented. In this improved analysis model, the beam elements, of which the stability function is derived using Taylor's series expansions, are used to model space frame structures, and the truss elements. The equivalent elastic modulus of the truss elements is evaluated on the assumption that the deflection curve of a cable has a catenary function. By using the proposed three-dimensional analysis model, nonlinear static analysis is carried out for some cable-supported structures. The results are compared with previous studies and show good agreement with their findings.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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