In this study, a continuous optimum design model with its application program for plane steel frame structures developed. In the model, the sequential unconstrained minimization technique (SUMT) transforming the nonlinear optimization problem with multidesign variables and constraints into an unconstrained minimization problem and the refined plastic hinge analysis method as one of the most effective second-order inelastic analysis methods for steel frame structures were implemented. The total weight of a steel frame structure was taken as the objective function, and the AISC-LRFD code requirements for the local and member buckling, flexural strength, shear strength, axial strength and size of the cross-sectional shapes of members were used for the derivation of constraint equations. To verify the appropriateness of the present model, the optimum designs of serveral plane steel frame structures subject to vertical and horizontal loads were conducted.
A GA-based optimum design algorithm and a program for plane steel frame structures with semi-rigid connections are presented. The algorithm is incorporated with the refined plastic hinge analysis method wherein geometric nonlinearity is considered by using the stability functions of beam-column members, and material nonlinearity, by using the gradual stiffness degradation model that includes the effects of residual stresses, moment redistribution through the occurrence of plastic hinges, semi-rigid connections, and geometric imperfection of members. In the genetic algorithm, the tournament selection method and micro-GAs are employed. The fitness function for the genetic algorithm is expressed as an unconstrained function composed of objective and penalty functions. The objective and penalty functions are expressed as the weight of steel frames and the constraint functions, respectively. In particular, the constraint functions fulfill the requirements of load-carrying capacity, serviceability, ductility, and construction workability. To verify the appropriateness of the present method, the optimal design results of two plane steel frames with rigid and semi-rigid connections are compared.
GA-based fuzzy optimum design algorithm incorporated with the refined plastic hinge analysis method is presented in this study. In the refined plastic hinge analysis method, geometric nonlinearity is considered by using the stability functions of the beam-column members. Material nonlinearity is also considered by using the gradual stiffness degradation model, which considers the effects of residual stresses, moment redistribution through the occurence of plastic hinges, and the geometric imperfections of the members. In the genetic algorithm, the tournament selection method and the total weight of the steel frames. The requirements of load-carrying capacity, serviceability, ductility, and constructabil ity are used as the constraint conditions. In fuzzy optimization, for crisp objective function and fuzzy constraint s, the tolerance that is accepted is 5% of the constraints. Furthermore, a level-cut method is presented from 0 to 1 at a 0 .2 interval, with the use of the nonmembership function, to solve fuzzy-optimization problems. The values of conventional GA optimization and fuzzy GA optimization are compared in several examples of steel structures.
In this study, nonlinear analysis of steel plane frame was performed using the refined plastic hinge method of advanced analysis techniques. In deterioration of stiffness in plastic zone, influences by flexural bending, residual stress, geometrical non-linearity, and semi-rigid connection are considered. And also, further reduced tangent modulus was used for geometrical non-linearity, top and seat angle were chosen for semi-rigid connection. Furthermore, 3 parameter power model was used for moment-rotation behaviour of beam to column connection. The loading conditions are combined with axial and lateral force and the inverse triangle distribution of lateral and eight type of analytical models were used in analysis. The results of analyses were compared with semi-rigid and rigid connection on behaviour of numerical analysis models. And also, the behaviors of frame with changes of semi-rigidity were analyzed by using the results obtained from MIIDAS-GENw.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.11
no.5
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pp.1805-1813
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2010
This paper presented regarding an parametric study to investigate seismic capacity evaluation of semi-rigid steel frame infilled with composit panel. In order to propose the optimum retrofit of the steel frame, we analysed the various pattern of retrofitted steel frame subjected to weak/medium earthquake. Steel frame with composit panel was analysed by Time history analyses analysis. The model were analysed using the suites of ground motion developed by NEHRP project on steel moment resisting frame. These earthquakes consist of 20 horizontal ground acceleration record each, i.e., a 10%, 50% probability of accidence in a 50 year period. We considered the semi-rigid connection which are commonly used in field, and modeled the nonlinear connection element (GAP) between panel and frame. It was shown that how is the steel frame with composit panel effected. We also examined the response of retrofitted frame.
In steel frames, the analysis and design techniques are based on either idealized fixed or pinned connections. In this case, it has the advantage that the structural analysis and the design procedure were simplified, but there could be given different results of analysis between the real steel frame connections and the idealized fixed and pinned connection. This is because the real connections would be analyzed by semi-rigid, and have some transfer of moment and rotational constraint about the loads. In this study, structural analysis program with considered connections that have joint rigidity of fixed, pinned and semi-rigid, was developed. Then, the effects of joint rigidity on strength and displacement. in steel frames subjected to lateral forces and axial forces, were investigate, and the results were compared with those of the Midas Gen. w program.
When the lateral forces are applied to a frame, columns in the frame are usually accompanied with sidesway. If this sidesway is large, the frame is subjected to buckling and an early yielding of members which reduces the overall frame stiffness. In this study, numerical analysis of frames were conducted to evaluate the ultimate lateral strength of steel moment resisting frames permitted to sidesway under axial and lateral forces, and develope the procedure for determining the limits of column slenderness ratios. In the numerical analysis, the effects of the relative stiffness ratio between beam and column, deterioration of overall frame stiffness, slenderness ratio and loading conditions were considered. The elasto-plastic analysis method in which the $P-{\Delta}$effect is implemented, presented by the author previously, was adopted in the analysis. Incremental lateral forces were applied to the frame under constant axial loads and the generalized inverse is employed for the post-ultimate behavior.
Park, Moon-Ho;Kim , Ki-Wook;Lee , Seung-Jo;Park , Jung-Hwal
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.10
no.4
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pp.97-107
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2006
This study is structural analysis and continuous, discrete optimum design of braced steel frame structures under earthquake loads considering soil condition. The program which is able to perform simultaneously structural analysis and continuous, discrete optimum design, it is applied steel frame structures using unbraced, Z-braced, and X-braced types and analyze the program about static loads and seismic loads. The purpose of this study is to present proper braced type for seismic effects by comparing and analyzing results of analytic method about various cases using specially Newmark-Hall design spectrum, ATC design spectrum and ATC equivalent static analysis and finding minimum weight and design variables which satisfy the ultimate strength requirements of AISC-ASD specifications, the serviceability requirements and allowable story drift requirements of ATC-3-06 and various constraints.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.9
no.1
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pp.111-119
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2005
This study presents continuous and discrete optimum design algorithm and computer programs for unbraced and braced steel frame structures under earthquake loads. The program, which is avaliable to perform structural analysis and optimum design, continuous and discrete, simultaneously is developed. And the program adopts various braced types, Untraced, Z-braced(V), Z-braced(inverse-V), X-braced(A), X-braced(B), X-braced(C) and K-braced, in steel structures with static loads and seismic effects. The objectives in this optimization are to minimize the total weight of steel, and design variables, based on the ultimate strength requirements of AISC-ASD specifications, the serviceability requirements and allowable story drift requirements of ATC-3-06, and various constraints. The purpose is to present proper braced type for seismic effects by comparing and analysing results of various cases.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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