An experimental study was conducted to evaluate the dynamic behavior of a free-standing frame equipped with a movable base system using cast iron and mortar as the bearing materials. The preliminary friction test indicated that a graphite layer developed on the interface and exhibited stable friction behavior. The friction coefficient ranged from 0.33 to 0.36 when the applied normal compression stress ranged from 2.6 to 5.2 MPa. The effect of the variation of normal compression stress would be small. Shaking table tests on the free-standing frame showed that rock, slide, and rock-slide responses occurred. The cumulative slide distance reached 381 mm under JMA Kobe wave excitation; however, only a few cyclic slides occurred at the same locations along the moving track. Most surfaces sustained single slides. Similar results can be observed in other shaking conditions. The insufficient cyclic sliding and significant rocking resulted in a few graphite layers on the mortar surfaces. Friction coefficients were generally similar to those obtained in the preliminary friction tests; however, the values fluctuated when the rocking became significant. The collisions due to rocking caused strong horizontal acceleration responses and resulted in high friction coefficient. In addition, the strong horizontal acceleration responses caused by the collisions made the freestanding specimen unable to reduce the input horizontal acceleration notably, even when slippage occurred. Compared with the counterpart fixed-base specimen, the specimen equipped with the iron-mortar base could reduce the horizontal acceleration amplification response and the structural deformation, whereas the vertical acceleration response was doubled due to collisions from rocking.
Biao Liu;Zhengzhong Wang;Bo Zhang;Ningjun Du;Mingxia Gao;Guoliang Bai
Steel and Composite Structures
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v.46
no.2
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pp.221-236
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2023
In order to study the seismic response of the main plant of steel reinforced concrete (SRC) structure of the CAP1400 nuclear power plant under the influence of different high-mode vibration, the 1/7 model structure was manufactured and its dynamic characteristics was tested. Secondly, the finite element model of SRC frame-bent structure was established, the seismic response was analyzed by mode-superposition response spectrum method. Taking the combination result of the 500 vibration modes as the standard, the error of the base reactions, inter-story drift, bending moment and shear of different modes were calculated. Then, based on the results, the influence of high-mode vibration on the seismic response of the SRC frame-bent structure of the main plant was analyzed. The results show that when the 34 vibration modes were intercepted, the mass participation coefficient of the vertical and horizontal vibration mode was above 90%, which can meet the requirements of design code. There is a large error between the seismic response calculated by the 34 and 500 vibration modes, and the error decreases as the number of modes increases. When 60 modes were selected, the error can be reduced to about 1%. The error of the maximum bottom moment of the bottom column appeared in the position of the bent column. Finally, according to the characteristics of the seismic influence coefficient αj of each mode, the mode contribution coefficient γj•Xji was defined to reflect the contribution of each mode to the seismic action.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.37
no.2
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pp.265-270
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2013
Strength design for a lightweight bicycle frame made of carbon/epoxy composite laminates was studied using Tsai-Wu's failure criterion. For the design of bicycle frames, reducing the weight of the frame is of great importance. Furthermore, the frame should satisfy the required strength under specific loading cases. In accordance with the European EN 14764 standard for bicycle frames, three loading cases-pedaling, vertical, and level loadings-were investigated in this study. Because of the anisotropic characteristics of composite materials, it is important to decide the appropriate stacking sequence and the number of layers to be used in the composite bicycle frame. From finite element analysis results, the most suitable stacking sequence of the fiber orientation and the number of layers were determined. The stacking sequences of $[0]_{8n}$, $[90]_{8n}$, $[0/90]_{2ns}$, $[{\pm}45]_{2ns}$, $[0/{\pm}45/90]_{ns}$ (n = 1, 2, 3, 4) were used in the analysis. The results indicated that the $[0/{\pm}45/90]_{3s}$ lay-up model was suitable for a composite bicycle frame. Furthermore, the weakest point and layer were investigated.
Fire resistance of new hybrid timber framed wall systems was evaluated in this study. These wall systems are composed of two major structural parts. One part is a heavy timber frame part designed to take charge of whole vertical load using heavy timber post and beam, and the other is an infill wall structure, designed to take charge of whole horizontal load and to provide an established level of fire resistance. A basic concept of this hybrid wall is adopted from a typical furniture structure with frame. A timber post and beam frame is constructed with Japanese Larch solid timber post(180mm by 180mm) and beam(180mm by 240mm). As infill wall systems, two types of walls are applied. One is a typical light timber framed wall with solid blocking and another is a structural insulated panel wall, in which polystyrene insulation is filled between two structural panels to make single structure. For all tested walls, two layers of 12.5mm thick type-X gypsum boards are used on fire exposed side. Prior to tests for hybrid walls, only infill walls are tested without heavy timber frame. All fire resistance tests are carried out in accordance with KS F 2257, and temperatures on several points within wall structure and unexposed wall surface are measured during fire tests. It is considered that the reinforcement of heavy timber frame is significantly efficient for improving the fire resistance of timber framed walls.
The number of cases of collapsed plastic greenhouses in farmlands has increased due to the heavy local snowfall caused by extraordinary atmospheric phenomena. Consequently, the economic losses of farmers have also increased. However the government policy in relation to damage pretension is insufficient and collapse case is repeated every year. The main reason for frame collapse is that the moment capacity of a steel pipe is not sufficient to resist a heavy snowload. In this study, experiments were conducted on the current frame system of a greenhouse with a tension tie. The frame consisted of two sections(${\phi}25.4{\times}1.5$, ${\phi}31.8{\times}1.5$), and its span length was 6.5 m. A temporary tension tie using a steel wire and a fabric rope was connected to the two joints, to which a curved beam and a straight column were connected. The pretension force was applied at the tension tie, and a vertical force simulating snowfall was applied until failure. The fabric rope frame increased the load-carrying capacity by 10-45% compared to the normal frame without a tension tie, and the steel wire frame increased the load-carrying capacity by 58-73% compared to the normal frame without a tension tie. Steel wire was found to be more effective as far as strength is concerned, but its connection details and pretension application are more difficult and complicated than those of the fabric rope. The test results thus show that the fabric rope is more preferable.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.18
no.10
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pp.739-744
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2017
Elastic deformation and fatigue damage can cause the permanent deformation of a kart's frame during turning, affecting the kart's driving performance. A kart's frame does not contain any suspension or differential devices and, therefore, the dynamic behavior caused by torsional deformation when driving along a curve can strongly affect these two kinds of deformations. To analyze the dynamic behavior of a kart along a curved section, the GPS trajectory of the kart is obtained and the torsional stress acting on the kart-frame is measured in real time. The mechanical properties of leisure and racing karts are investigated by analyzing their material properties and conducting a tensile test. The torsional stress concentration and frame distortion are investigated through a stress analysis of the frame on the basis of the obtained results. Leisure and racing karts are tested in each driving condition using driving analysis equipment. The behavior of a kart when being driven along a curved section is investigated through this test. Because load movement occurs owing to centrifugal force when driving along a curve, torsional stress acts on the kart's steel frame. In the case of a leisure kart, the maximum torsional stress derived from the torsional fatigue limit was found to be 230 MPa, and the torsional fatigue limit coefficient was 0.65 when driving at a speed of 40 km/h. Furthermore, the driving elements during the cornering of a kart were measured based on an actual auto-test after installing a driving measurement system, and the driving behavior of the kart was analyzed by measuring its vertical displacement.
In this study, the fiber orientation distribution (FOD) is investigated using both micro-CT (computerized tomography) and image analysis of physically cut specimens prepared from Polyvinyl Alcohol (PVA) fiber reinforced cemented Toyoura sand. The micro-CT images of the fiber reinforced cemented sand specimens were visualized in horizontal and vertical sections. Scans were obtained using a frame rate of two frames and an exposure time of 500 milliseconds. The number of images was set to optimize and typically resulted in approximately 3000 images. Then, the angles of the fibers for horizontal sections and in vertical section were calculated using the VGStudio MAX software. The number of fibers intersecting horizontal and vertical sections are counted using these images. A similar approach was used for physically cut specimens. The variation of results of fiber orientation between micro-CT scans and visual count were approximately 4-8%. The micro-CT scans were able to precisely investigate the fiber orientation distribution of fibers in these samples. The results show that 85-90% of the PVA fibers are oriented between ±30° of horizontal, and approximately 95% of fibers have an orientation that lies within ±45° of the horizontal plane. Finally, a comparison of experimental results with the generalized fiber orientation distribution function 𝜌(θ) is presented for isotropic and anisotropic distribution in fiber reinforced cemented Toyoura sand specimens. Experimentally, it can be seen that the average ratio of the number of fibers intersecting the finite area on a vertical plane to number of fibers intersecting the finite area on a horizontal plane (NVtot/NHtot) cut through a sample varies from 2.08 to 2.12 (an average ratio of 2.10 is obtained in this study). Based up on the analytical predictions, it can be seen that the average NVtot/NHtot ratio varies from 2.13 to 2.17 for varying n values (an average ratio of 2.15).
When the vertical load-bearing members in high-rise structures fail locally, the beam-column joints play an important role in the redistribution of the internal forces. In this paper, a static laboratory test of three full-scale flush flange beam-reinforced connections with side and cover plates (CP-FBSP connection) with double half-span steel beams and single L-shaped columns composed of concrete-filled steel tubes (L-CFST columns) was conducted. The influence of the side plate width and cover plate thickness on the progressive collapse resistance of the substructure was thoroughly analyzed. The failure mode, vertical force-displacement curves, strain variation, reaction force of the pin support and development of internal force in the section with the assumed plastic hinge were discussed. Then, through the verified finite element model, the corresponding analyses of the thickness and length of the side plates, the connecting length between the steel beam flange and cover plate, and the vertical-force eccentricity were carried out. The results show that the failure of all the specimens occurred through the cracking of the beam flange or the cover plate, and the beam chord rotations measured by the test were all greater than 0.085 rad. Increasing the length, thickness and width of the side plates slightly reduced the progressive collapse resistance of the substructures. The vertical-force eccentricity along the beam length reduced the progressive collapse resistance of the substructure. An increase in the connecting length between the beam flange and cover plate can significantly improve the progressive collapse resistance of substructures.
Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology
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v.54
no.3
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pp.193-203
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2018
Capture efficiencies of commercial shrimp trawls may improve if their designs took into better account behavioral responses of wild shrimp to approaching cod-end of the trawls. Here we report results of water tunnel-based experimental studies of responses of wild California target prawns to several different near-realistic netting configurations over a range of water velocities (0.3-0.7 m/s). Netting panels were oriented at parallel to water flows (FP) on the bottom of test section, vertical (VT) or diagonal sloping backward (DG), bottom to top. Behavioral responses were recorded by video camera and analyzed frame by frame. Measured responses included rates of penetrating through netting by behavioral features and tail-flip frequencies. Frequencies of prawn passing through the nets increased with flow speed for both orientations and were higher at given speeds for sloped nets. Other behavioral features (e.g., passage head-or tail-first) also varied significantly with water velocities and netting orientation. Interactions of penetrating rates between netting orientations and flow speeds also were significantly dependent, except for prawn size. Additional studies are needed of other shrimp species and at higher water velocities more similar to actual field operations using trawls to improve size selectivity.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.22
no.5
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pp.299-309
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2018
Now that problems with force-based seismic design have been clearly identified, design is inclined toward displacement-based methods. One such widely used method is Direct-Displacement-Based Design (DDBD). Yet, one of the shortcomings of DDBD is considering higher-mode amplification of story shear, moments, and displacements using equations obtained from limited parametric studies of regular planar frames. In this paper, a different approach to account for higher-mode effects is proposed. This approach determines the lateral secant stiffness of the building frames that fulfill the allowable inter-story drift without exceeding the desired story displacements. Using the stiffness, an elastic response spectrum analysis is carried out to determine elastic higher-mode force effects. These force effects are then combined with DDBD-obtained first-mode force effects using the appropriate modal superposition method so that design can be performed. The proposed design procedure is verified using Nonlinear Time History Analysis (NTHA) of twelve planar frames in four categories accounting for mass and stiffness irregularity along the height. In general, the NTHA response outputs compared well with the allowable limits of the performance objective. Thus, it fulfills the aim of minimizing the use of NTHA for planar frame buildings, thereby saving computational resources and effort.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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