In this paper, a shear-flexible finite element model is developed for the buckling analysis of axially loaded, thin-walled composite I-beams. Based on an orthogonal Cartesian coordinate system, the displacement fields are defined using the first-order shear-deformable beam theory. The derived element takes into account flexural shear deformation and torsional warping deformation. Three different types of beam elements, namely, the two-noded, three-noded, and four-noded beam elements, were developed to solve the governing equations. An inverse iteration with shift eigenvalue solution was used to solve the resulting linearized buckling problem. A parametric study was conducted to show the importance of shear flexibility and fiber orientation on the buckling behavior of thin-walled composite beams. A good agreement was obtained among the proposed shear-flexible model, other results available in literature, and the finite element solution.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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제7권5호
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pp.57-66
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2003
In order to verify the applicability of the developed modified parallel IWAN model. two types of cyclic torsional shear tests were performed using Kum-Kang and Toyoura sands. One was a symmetric-limit loading test and the other was an irregular loading test. Model parameters were derived from the symmetric limit loading tests at various relative densities and confining pressures. The modified parallel IWAN model can predict the cyclic hardening behavior of sands very well as increasing loading cycles in the symmetric-limit tests. Irregular loading tests were performed using the loading shape suggested by Pyke(1979). Cyclic behaviors under irregular loading were simulated using model parameters derived from symmetric limit loading test results of similar loading conditions. The predicted cyclic hardening behaviors under irregular loading matched well with experimental results and the applicability of the proposed model was verified.
Yurdakul, Muhammet;Ates, Sevket;Altunisik, Ahmet Can
Earthquakes and Structures
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제7권4호
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pp.511-525
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2014
The main object of this study is to determine and compare the structural behavior of base isolated long span highway bridge, $G\ddot{u}lburnu$ Highway Bridge, using single concave friction pendulum (SCFP) and triple concave friction pendulum (TCFP). The bridge is seismically isolated in the design phase to increase the main period and reduce the horizontal forces with moments using SCFP bearings. In the content of the paper, firstly three dimensional finite element model (FEM) of the bridge is constituted using project drawings by SAP2000 software. The dynamic characteristics such as natural frequencies and periods, and the structural response such as displacements, axial forces, shear forces and torsional moments are attained from the modal and dynamic analyses. After, FEM of the bridge is updated using TCFP and the analyses are performed. At the end of the study, the dynamic characteristics and internal forces are compared with each other to extract the TCFP effect. To emphasize the base isolation effect, the non-isolated structural analysis results are added to graphics. The predominant frequencies of bridge non-isolated, isolated with SCFP and isolated with TCFP conditions decreased from 0.849Hz to 0.497Hz and 0.338Hz, respectively. The maximum vertical displacements are obtained as 57cm, 54cm and 44cm for non-isolated, isolated with SCFP and isolated with TCFP conditions, respectively. The maximum vertical displacement reduction between isolated with TCFP bearing and isolated with SCFP bearing bridge is %23. Maximum axial forces are obtained as 60619kN, 18728kN and 7382kN, maximum shear forces are obtained as 23408kN, 17913kN and 16249kN and maximum torsional moments are obtained as 24020kNm, 7619kNm and 3840kNm for non-isolated, isolated with SCFP and isolated with TCFP conditions, respectively.
Pushover analysis has gained significant popularity as an analytical tool for realistic determination of the inelastic behaviour of RC structures. Though significant work has been done to evaluate the demands realistically, the evaluation of capacity and realistic failure modes has taken a back seat. In order to throw light on the inelastic behaviour and capacity evaluation for the RC framed structures, a 3D Reinforced concrete frame structure was tested under monotonically increasing lateral pushover loads, in a parabolic pattern, till failure. The structure consisted of three storeys and had 2 bays along the two orthogonal directions. The structure was gradually pushed in small increments of load and the corresponding displacements were monitored continuously, leading to a pushover curve for the structure as a result of the test along with other relevant information such as strains on reinforcement bars at critical locations, failure modes etc. The major failure modes were observed as flexural failure of beams and columns, torsional failure of transverse beams and joint shear failure. The analysis of the structure was by considering all these failure modes. In order to have a comparison, the analysis was performed as three different cases. In one case, only the flexural hinges were modelled for critical locations in beams and columns; in second the torsional hinges for transverse beams were included in the analysis and in the third case, joint shear hinges were also included in the analysis. It is shown that modelling and capturing all the failure modes is practically possible and such an analysis can provide the realistic insight into the behaviour of the structure.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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제12권1호
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pp.43-55
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2008
The complexity of determining strain associated with shear modulus and damping ratio in torsional tests has been resolved by means of several approaches. Particularly, the modified equivalent radius approach is adequate to when generating the plots of equivalent radius ratio versus strain more effectively over any range of strains in resonant column and torsional shear (RC/TS) tests. The modified equivalent radius approach was applied for hyperbolic, modified hyperbolic, and Ramberg-Osgood models in evaluating damping ratio. Results showed that using a single value of equivalent radius ratio based on conventional equivalent radius approach is not appropriate. A new model was developed to consider the soil damping behavior at small strains as well as hysteretic damping and it was attempted to determine adjustments are required in evaluating strain associated damping when combining the two damping components.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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제29권6호
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pp.815-821
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2005
Biaxial low cycle fatigue test was carried out to predict fatigue life under combined axial-torsional-loading condition which is that of in-phase and out-of-phase for CF8M cast stainless steels. Fatemi-Socie(FS) parameter which is based on critical plane approach is not only one of methods but also the best method that can predict fatigue life under biaxial loading condition. But the result showed that, biaxial fatigue life prediction by using FS parameter with several different parameters for the CF8M cast stainless steels is not conservative but best results. So in this present research, we proposed new fatigue life prediction parameter considering effective shear stress instead of FS parameter which considers the maximum normal stress acting on maximum shear strain and its effectiveness was verified.
Attarchiana, Nahid;Kalantari, Afshin;Moghadam, Abdolreza S.
Earthquakes and Structures
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제10권6호
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pp.1467-1486
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2016
This research focuses on seismic performance of a class of single pier skewed bridges with three different pier-deck connections; skew angles vary from $0^{\circ}$ to $60^{\circ}$. A well-documented four span continuous deck bridge has been modeled and verified. Seat-type connections with fixed and sliding bearings plus monolithic pier-deck connections are studied. Shear keys are considered either fully operational or ineffective. Seismic performances of the bridges and the structural components are investigated conducting bidirectional nonlinear time history analysis in OpenSees. Several global and intermediate engineering demand parameters (EDP) have been studied. On the basis of results, the values of demand parameters of skewed bridges, such as displacement and rotation of the deck plus plastic deformation and torsional demand of the piers, increase as the skew angle increases. In order to eliminate the deck collapse probability, the threshold skew angle is considered as $30^{\circ}$ in seat-type bridges. For bridges with skew angles greater than $30^{\circ}$, monolithic pier-deck connections should be applied. The functionality of shear keys is critical in preventing large displacements in the bearings. Pinned piers experience considerable ductility demand at the bottom.
This paper presents the results of a set of wind tunnel tests carried out to examine wind-induced overall structural loads on rectangular medium-rise buildings. Emphasis was directed towards torsion and its correlation with peak shear forces in transverse and longitudinal directions. Two building models with the same horizontal dimensions but different gabled-roof angles ($0^{\circ}C$ and $45^{\circ}C$) were tested at different full-scale equivalent eave heights (20, 30, 40, 50, and 60 m) in open terrain exposure for all wind directions (every $15^{\circ}C$). Wind-induced pressures were integrated over building surfaces and results were obtained for along-wind force, across-wind force, and torsional moment. Maximum wind force component was given along with the other simultaneously-observed wind force components normalized by the overall peak. The study found that for flat-roofed buildings maximum torsion for winds in transverse direction is associated with 80% of the overall shear force perpendicular to the longer horizontal building dimension; and 45% of the maximum shear occurs perpendicular to the smaller horizontal building dimension. Comparison of the wind tunnel results with current torsion provisions in the American wind standard, the Canadian and European wind codes demonstrate significant discrepancies. Suggested load combination factors were introduced aiming at an adequate evaluation of wind load effects on rectangular medium-rise buildings.
The effects of vertical component of earthquakes on torsional amplification due to mass eccentricity in seismic responses of base-isolated structures subjected to near-field ground motions are studied in this paper. 3-, 6- and 9-story superstructures and aspect ratios of 1, 2 and 3 have been modeled as steel special moment frames mounted on Triple Concave Friction Pendulum (TCFP) bearings considering different period and damping ratios. Three-dimensional linear superstructures resting on nonlinear isolators are subjected to both 2 and 3 component near-field ground motions. Effects of mass eccentricity and vertical component of 25 near-field earthquakes on the seismic responses including maximum isolator displacement and base shear as well as peak superstructure acceleration are studied. The results indicate that the effect of vertical component on the responses of asymmetric structures, especially on the base shear is significant. Therefore, it can be claimed that in the absence of the vertical component, mass eccentricity has a little effect on the base shear increase. Additionally, the impact of this component on acceleration is remarkable so the roof acceleration of a nine-story structure has been increased 1.67 times, compared to the case that the structure is subjected to only horizontal components of earthquakes.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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제34권3호
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pp.121-128
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2021
Piloti-type buildings in Korea are usually composed of lower frames and upper shear wall structures. Piloti-type buildings have been seriously damaged during earthquakes because of the construction of soft and weak stories. Piloti-type buildings with edge cores are two-way unsymmetric planes. This paper analyzed and obtained the dynamic response for structures modeled using a multistory two-way asymmetric system. The numerical results, obtained using the Newmark-β method, show the time-history responses and trends of maximum displacements and shear forces. The purpose of this study is to evaluate the effect of reinforcement on dynamic response when a shear wall or brace is reinforced in the corner opposite the piloti.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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