In order to trace the lateral post-buckling behaviors of thin-wafled space frames, a geometrically nonlinear finite element formulation is presented by applying incremental equilibrium equations based on the updated Lagrangian formulation and introducing Vlasov's assumption. The improved displacement field for symmetric thin-walled cross sections is introduced based on inclusion of second order terms of finite rotations, and the potential energy corresponding to the semitangential rotations and moments is consistently derived. For finite element analysis, tangent stiffness matrices of the thinwalled space frame element with 7 degrees of freedom including the restrained warping for each node are derived by using the Hermition polynomials as shape functions. A co-rotational formulation in order to evaluate the unbalanced loads is presented by separating the rigid body rotations and pure deformations from incremental displacements and evaluating the updated direction cosines of the frame element due to rigid body rotations and incremental member forces from pure deformations. Finite element solutions for the spatial buckling and post-buckling analysis of thin-walled space frames are presented and compared with available solutions and other researcher's results.
The two dimensional size effect of specimen gauge section ($length{\;}{\times}{\;}width$) was investigated on the compressive behavior of a T300/924 $\textrm{[}45/-45/0/90\textrm{]}_{3s}$, carbon fiber-epoxy laminate. A modified ICSTM compression test fixture was used together with an anti-buckling device to test 3mm thick specimens with a $30mm{\;}{\times}{\;}30mm,{\;}50mm{\;}{\times}{\;}50mm,{\;}70mm{\;}{\times}{\;}70mm{\;}and{\;}90mm{\;}{\times}{\;}90mm$ gauge length by width section. In all cases failure was sudden and occurred mainly within the gauge length. Post failure examination suggests that $0^{\circ}$ fiber microbuckling is the critical damage mechanism that causes final failure. This is the matrix dominated failure mode and its triggering depends very much on initial fiber waviness. It is suggested that manufacturing process and quality may play a significant role in determining the compressive strength. When the anti-buckling device was used on specimens, it was showed that the compressive strength with the device was slightly greater than that without the device due to surface friction between the specimen and the device by pretoque in bolts of the device. In the analysis result on influence of the anti-buckling device using the finite element method, it was found that the compressive strength with the anti-buckling device by loaded bolts was about 7% higher than actual compressive strength. Additionally, compressive tests on specimen with an open hole were performed. The local stress concentration arising from the hole dominates the strength of the laminate rather than the stresses in the bulk of the material. It is observed that the remote failure stress decreases with increasing hole size and specimen width but is generally well above the value one might predict from the elastic stress concentration factor. This suggests that the material is not ideally brittle and some stress relief occurs around the hole. X-ray radiography reveals that damage in the form of fiber microbuckling and delamination initiates at the edge of the hole at approximately 80% of the failure load and extends stably under increasing load before becoming unstable at a critical length of 2-3mm (depends on specimen geometry). This damage growth and failure are analysed by a linear cohesive zone model. Using the independently measured laminate parameters of unnotched compressive strength and in-plane fracture toughness the model predicts successfully the notched strength as a function of hole size and width.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.8
no.2
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pp.13-24
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1988
A geometrically nonlinear analysis procedure for plane frame structures in order to study the static and dynamic post-buckling behavior of these structures subjected to circulatory forces is presented. The elastic and geometric stiffness matrices, the mass matrix and load correction stiffness matrix are derived from the extended virtual work principle, where the tangent stiffness matrix becomes non-symmetric due to the effects of non-conservative circulatory forces. The dynamic analysis of plane frame structures subjected to circulatory forces in pre- and post-buckling ranges is carried out by integrating the equations of motion directly by the numerically stable Newmark method. Numerical results are presented in order to demonstrate the vality and accuracy of the proposed procedure.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.2
no.1
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pp.15-22
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2011
Pultruded fiber reinforced polymeric plastic (PFRP) structural members may be one of attractive alternatives of the structural members in the civil engineering applications because of its many advantageous mechanical properties. However, they have relatively low modulus of elasticity and also cross-sections of structural shapes are composed of thin plate components such as flange and web. Therefore, structural stability is an important issue in the design of pultruded structural compression members. For the design of pultruded structural member under compression, buckling and post-buckling strengths of plate components may be taken into account. In the structural steel design following AISC/LRFD, in addition to the buckling strength, the nonuniform stress distribution in the section is incorporated with a form factor. In this paper, the form factor for the design of PFRP structural member under compression is investigated through the analytical study. Furthermore, the process for the determination of the form factor is suggested.
Corrosion resistance steel has been widely used for port and offshore structures exposed to harsh coastal and oceanic environments, due to lower corrosion rate. New higher strength corrosion resistance steel tubes named STKM500 in KS D 3300 were recently developed by domestic technology and expected to replace foreign ASTM A690 steel. In this study, tensile test results are included to show higher yield and tensile strength of STKM500. Then, buckling test results obtained from 2m, 6m, and 12m steel tubes are demonstrated, based on which an allowable axial compressive stress curve for STKM500 steel tubes is suggested.
A study on the evaluationof the proper spacing and required bending rigidity of cross beams in composite multiple I-girder bridge without lateral and sway bracing system was performed. For the purpose, a two-lane 40m simple span and 40+50+40m continuous sample bridge with four girders was designed. For the sample bridges, structural analysis under the design loads including dead load before and after composite, live load, and seismic loads has been performed. The material and geometric nonlinear analysis under dead load before composite has also been performed to evaluate lateral buckling strength of the steel-girder-cross beam grillage. Based on the two phase anlayses, proper spacing and bending righidity of cross beams were proposed.
The current design practice of an electric transmission tower is based on the allowable stress design. Design strengths of the electric transmission tower's compression member are determined by buckling the strength of the member itself without considering joint strength. There is a possibility of a joint failure prior to the buckling of a member. Therefore, in this study, joint strength is calculated for various member forces, and the shape of joint and database of strength were established. These data was compared with the member strength obtained from previous research studies based on an equivalent nonlinear analysis technique. Finally, practical evaluation and design method to distinguish failure mode in an electric transmission tower member is proposed.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.4A
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pp.727-734
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2006
Although a limited number of experimental investigations and finite element analyses revealed that a curved web panel in practical design has a considerable reserve strength after the elastic buckling as a straight girder web panel, the current Guide Specifications for Horizontally Curved Steel Girder Highway Bridges (AASHTO, 2003) do not consider the postbuckling strength in the ultimate shear strength due to lack of a comprehensive study. In this study, the ultimate shear strength behavior of horizontally curved steel web panels was investigated through nonlinear finite element analysis and experimental test. It was found that curved web panels used in practical designs are able to develop the postbuckling strength that is equivalent to that of straight girder web panels having the same dimensional and material properties.
The design standards, such as AISC-LRFD (2005) and KBC-2005, specify the maximum width-to-thickness ratio that can be used for computing the strength of the concrete-filled tube (CFT), and do not include any formula for computing the strength when the width-to-thickness ratio is over the limit. This paper proposes a strength equation for CFTs with a large width-to-thickness ratio by acknowledging the fact that the stiffened slender steel platehas substantial postbuckling strength, and that it therefore can be more economical to use it. The equation adopts the concept of effective width,which is very useful for plate analysis. By comparing the strengths of AISC2005, KBC2005, and the proposed method with the results of the experiment, where the width-to-thickness ratio was regarded as the main parameter, the applicability of the proposed method was verified.
A study on the evaluation of proper spacing and required flexural rigidity of cross beams in composite two I-section steel girder bridges without a lateral and sway bracing system was performed. Specifically, a 2-lane, 40-m simple span bridge and a 3-span continuous (40+50+10m) bridge were designed, and structural analyses under dead load before and after composite, live, wind, and seismic loads were performed using spacing and flexural rigidity or cross beams as parameters. Through parametric analysis, the effect on the stresses due to the combination of loads and live load distribution was investigated. In addition. material and geometric nonlinear analyses under dead load before composite were performed to evaluate the lateral buckling strength of the steel girders and cross beam. Based on the results or such analyses, the proper spacing and flexural rigidity of cross beams at intermediate points and supports were proposed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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