Nowadays balanced cantilever construction plays an essential role as a sophisticated erection technique of bridges due to its economical and ecological advantages. Experience teaches that wind has a great importance with regard to this construction technique, but methods proposed by codes to take wind effects into account are still rather crude and, in most cases, completely lacking. Also research in this field is quite limited and aimed at studying only the longitudinal shear and the torque at the pier base, caused by the mean wind velocity and by the longitudinal turbulence actions over the deck. This paper advances the present solutions by developing a new procedure that takes into account all wind effects both on the deck and on the pier. The proposed model assumes the mean wind velocity as orthogonal to the bridge plane and considers the effects produced by all the three turbulence components and by the vortex shedding. The applications point out the role of each loading component on different bridge configurations and show that disregarding the presence of some effects may imply oversimplified results and relevant underestimations.
Kim, Kang Su;Choi, Seung-Ho;Ju, Hyunjin;Lee, Deuck Hang;Lee, Jae-Yeon;Shin, Myoungsu
Earthquakes and Structures
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v.7
no.5
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pp.719-733
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2014
The equivalent frame method (EFM) is widely used for the design of two-way reinforced concrete slab structures, and current design codes of practice permit the application of the EFM in analyzing the flat plate slab structures under gravity and lateral loads. The EFM was, however, originally developed for the flat plate structures subjected to gravity load, which is not suitable for lateral loading case. Therefore, this study, the first part of series research paper, proposed the structural analysis method for the flat plate slab structures under the combined gravity and lateral loads, which is named as the unified equivalent frame method (UEFM). In the proposed method, some portion of rotation induced in the torsional member is distributed to the flexibility of the equivalent columns, and the remaining portion is contributed to that of the equivalent slabs. In the consecutive companion paper, the proposed UEFM is verified by comparing with test results of multi-span flat plate structures. Also, a simplified nonlinear push-over analysis method is proposed, and verified by comparing to test results.
This paper presents an experimental study on the behaviour of steel beams with different types of web openings. Steel beams with web openings became progressively more accepted as a well-organized structural form in steel construction since their existence. Their complicated design and profiling method provides better flexibility in beam proportioning for strength, depth, size and location of holes. The objective of this study is to carry out the experiments on steel beams with different types of web openings and performed non-linear finite element (FE) analysis of the beams that were considered in the experimental study in order to determine their ultimate load capacity and failure modes for comparison. Ten full scale models of steel beam with web openings have been tested in the experimental investigation. The finite element method has been used to predict their entire response to increasing values of external loading until they lose their load carrying capacity. FE model of each specimen that is utilized in the experimental studies is carried out. These models are used to simulate the experimental work to verify test results and to investigate the nonlinear behaviour of failure modes such as local buckling, lateral torsional buckling, web-post buckling, shear buckling and Vierendeel bending of beams.
Kim, Su-Jin;Kim, Su-Geun;Kang, Ho-Geun;Kim, Hyun-Su;Kang, Joo-Won
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.17
no.2
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pp.43-51
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2017
The demand for skyscrapers is increasing worldwide. Until now, various lateral resistance structures have been used for lateral displacement control of high-rise buildings. An outrigger damper system has been introduced recently to improve lateral dynamic response control performance further. However, a study of outrigger damper system is yet to be sufficiently investigated. In this study, time history analysis was performed to investigate the control performance of an outrigger damper system of high-rise building under eccentric loading. To do this, an actual scale 3-dimensional tall building model with an outrigger damper system was prepared. The control performance of the outrigger damper system was evaluated by varying stiffness and damping values. On the top floor torsional angle response to the earthquake load, was greatly affected by damping value. And the displacement response was affected greatly by the stiffness value and damping value of damper system. In conclusion, it is necessary to select the proper damping and stiffness values of the outrigger damper system.
Saleh, Aboozar;Zahrai, Seyed M.;Mirghaderi, Seyed R.
Structural Engineering and Mechanics
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v.57
no.5
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pp.785-808
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2016
An innovative Reduced Beam Section (RBS) connection, called Tubular Web RBS connection (TW-RBS), has been recently introduced and its performance has been numerically investigated in some earlier studies. The TW-RBS connection is a kind of accordion-web RBS connection in which part of the flat web of the beam is replaced by a steel tube at the expected region of the plastic hinge. This paper presents experimental results of three TW-RBS connections under cyclic loading. Obtained results indicated that TW-RBS reduces contribution of the beam web to the whole moment strength and creates a ductile fuse far from components of the beam-to-column connection. Besides, TW-RBS connection can increase story drift capacity up to 9% in the case of shallow beams which is much more than those stipulated by the current seismic codes. Based on the experimental results, the tubular web in the plastic hinge region improves lateral-torsional buckling stability of the beam such that only local buckling of the beam flange at the center of the reduced section was observed during the tests. In order to achieve a better understanding, behavior of all TW-RBS specimens are also numerically investigated and compared with those of experimental results.
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.13
no.3
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pp.11-19
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1976
Grillages are abundant in ship structures and in many other types of structures such as bridges and building floors. Clarkson has shown that plated grillages can be satisfactorily analyzed as gridworks if an appropriate effective breadth is taken into account. Also, it has previously been pointed out, by Nielsen, that grillage calculations could be simplified by use of the Laplace transformation. In this paper, it is assumed that the torsional rigidity of the members and axial load are negligible, also that girders have the same scantling and spacing each other and so stiffeners do. Then the grillages composed of both-end-fixed girders and both-end-hinged stiffeners, which are subjected only to uniform normal loads are investigated. The calculus of variation is used to set up the differential equations and the Laplace transformation is applied to solve the differential equations. The program has been tested by FACOM 28 and the results show good agreements with those by the STRESS, which was developed in M.I.T.. The amount of the data input and computing time are much less than those of the STRESS. But this program has so much restrictions that it is urgent to extend the program to the grillage problems of arbitrary loading and boundary conditions.
The performance of an isolated horizontally curved continuous bridge with High Damping Rubber (HDR) Bearings has been investigated under seismic loading conditions. The effectiveness of response controls of the bridge by HDR bearings for various aspects viz. variation in ground motion characteristics, multi-directional effect, level of earthquake shaking, varying incidence angle, have been determined. Three recorded ground motions, representative of historical earthquakes along with near-field, far-field and forward directivity effects, have been considered in the study. The efficacy of the bearings with bidirectional effect considering interaction behavior of bearing and pier has also been investigated. Modeling and analysis of the bridge have been done by finite element approach. Sensitivity studies of the bridge response with respect to design parameters of the bearings for the considered ground motions have been performed. The importance of the nonlinearity of HDR bearings along with crucial design parameters has been identified. It has been observed that the HDR bearings performed well in different variations of ground motions, especially for controlling torsional moment. However, the deck displacement has been found to be increased significantly in case of Turkey ground motions, considering forward directivity effect, which needs to be paid more attention from designer point of view.
With improvement in innovative manufacturing technologies, it became possible to fabricate any complex shaped structural design for practical applications. This allows for the fabrication of curvilinearly stiffened pressure vessels and pipes. Compared to straight stiffeners, curvilinear stiffeners have shown to have better structural performance and weight savings under certain loading conditions. In this paper, an optimization framework for designing curvilinearly stiffened composite pressure vessels and pipes is presented. NURBS are utilized to define curvilinear stiffeners over the surface of the pipe. An integrated tool using Python, Rhinoceros 3D, MSC.PATRAN and MSC.NASTRAN is implemented for performing the optimization. Rhinoceros 3D is used for creating the geometry, which later is exported to MSC.PATRAN for finite element model generation. Finally, MSC.NASTRAN is used for structural analysis. A Bi-Level Programming (BLP) optimization technique, consisting of Particle Swarm Optimization (PSO) and Gradient-Based Optimization (GBO), is used to find optimal locations of stiffeners, geometric dimensions for stiffener cross-sections and layer thickness for the composite skin. A cylindrical pipe stiffened by orthogonal and curvilinear stiffeners under torsional and bending load cases is studied. It is seen that curvilinear stiffeners can lead to a potential 10.8% weight saving in the structure as compared to the case of using straight stiffeners.
Reinforced concrete (RC) beams can be subjected to a complex combination of shear forces (V), torsional moments (T), flexural moments (M) and axial loads (N). This paper proposes a unified approach for the analysis of these elements. An existing model for the analysis of orthogonally reinforced concrete membrane elements subjected to in-plane shear and normal stresses is generalized to apply to the case of beams subjected to the complex loading. The combination of V and T can be critical. Torsion is modelled using the hollow-tube analogy. A direct equation for the calculation of the thickness of the equivalent hollow tube is proposed, and the shear stresses caused by V and T are combined using a simple approach. The development and the evaluation of the model are described. The calculations of the model are compared to experimental data from 350 beams subjected to various combinations of stress-resultants and to the calculations of the ACI and the CSA codes. The proposed model provides the most favorable results. It is also shown that it can accurately model the interaction between V and T. The proposed model provides a unified treatment of shear in beams subjected to complex stress-resultants and in thin membrane elements subjected to in-plane stresses.
It is very improtant to evaluate the reliable nonlinear deformational characteristics of soils not only in the analysis of geotechnical structures under working stress conditions but also for the soil dynamic problems. Field testings such as crosshole and pressuremeter tests can be used to determine the modulus of soils under in-situ conditions, but it is not possible to determine the modulus over the entire strain amplitude range. Laboratory methods such as resonant column 1 torsional shear test can be used to determine the modulus over the whole strain amplitude range, but it is very difficult to obtain the representative undisturbed samples on the sixte. For the reliable evaluation of nonlinear deformation characteristics of soils on a typical site, small strain modulus obtained from field testy and nomalized modulus reduction curve determined by laboratory bests need to be combined. In this paper, laboratory and Held testy were performed at a sixte which consisted of granite wearthered residual boils to evaluate the nonlinear deformational characteristics of coils such as the effects of strain amplitude, loading frequency, confining pressure and sample disturbance. It has been shorn that when the effects of these factors are properly taken into account, the stiffness values evaluated by various field and labrotary tests are comparable to each other fairly well. Finally, the procedure to evaluate the nonlinear deformstional characteristics of the sixte was proposed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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