Four finite element (FE) models are examined to find the one that best estimates moment-rotation characteristics of top- and seat-angle with double web-angle connections. To efficiently simulate the real behavior of connections, finite element analyses are performed with following considerations: 1) all components of connection (beam, column, angles and bolts) are discretized by eight-node solid elements; 2) shapes of bolt shank, head, and nut are precisely taken into account in modeling; and 3) contact surface algorithm is applied as boundary condition. To improve accuracy in predicting moment-rotation behavior of a connection, bolt pretension is introduced before the corresponding connection moment being surcharged. The experimental results are used to investigate the applicability of FE method and to check the performance of three-parameter power model by making comparison among their moment-rotation behaviors and by assessment of deformation and stress distribution patterns at the final stage of loading. This research exposes two important features: (1) the FE method has tremendous potential for connection modeling for both monotonic and cyclic loading; and (2) the power model is able to predict moment-rotation characteristics of semi-rigid connections with acceptable accuracy.
A Genetic Algorithm (hereinafter GA) based optimum design algorithm and program for plane steel frames with partially restrained connections is presented. The algorithm was incorporated with the refined plastic hinge analysis method, in which geometric nonlinearity was considered by using the stability functions of beam-column members and material nonlinearity was considered by using the gradual stiffness degradation model that included the effects of residual stress, moment redistribution by the occurrence of plastic hinges, partially restrained connections, and the geometric imperfection of members. In the genetic algorithm, a tournament selection method and micro-GAs were employed. The fitness function for the genetic algorithm was expressed as an unconstrained function composed of objective and penalty functions. The objective and penalty functions were expressed, respectively, as the weight of steel frames and the constraint functions which account for the requirements of load-carrying capacity, serviceability, ductility, and construction workability. To verify the appropriateness of the present method, the optimum design results of two plane steel frames with fully and partially restrained connections were compared.
Semi-rigid connections are the actual behavior of beam-to-column connections in steel frames. However, the behavior of semi-rigid connections is not taken into account for the simplicity in the conventional analysis and design of steel frames. A computer-based analysis and design has been studied for the three-dimensional steel frames with semi-rigid connections. The nonlinear analysis which includes the effects of the flexibility of connections is used for this study. It is designed according to the buckling and combined stress constraints under the present loading after the joint deformations and the member end forces of the space frame are determined by the stiffness matrix method. The semi-rigid connection type is limited to the top and bottom angles with a double web angle connection. The Frye-Morris polynomial model is used to describe the non-linear behavior of semi-rigid connections. Various design examples are presented to demonstrate the efficiency of the method. The results of design and analysis of unbraced semi-rigid frames are compared to the results of unbraced rigid frames under the same design requirements.
When conducting seismic assessment of an asymmetric building, it is essential to carry out three-dimensional analysis considering all the possible directions of seismic input. For this purpose, the author proposed a simplified procedure is to predict the largest peak seismic response of an asymmetric building subjected to horizontal bidirectional ground motion acting in an arbitrary angle of incidence in previous study. This simplified procedure has been applied to torsionally stiff (TS) asymmetric buildings with regular elevation. However, the suitability of this procedure to estimate the peak response of an asymmetric building with vertical irregularity, such as an asymmetric building with setback, has not been assessed. In this article, the pushover-based simplified procedure is applied to estimate the peak response of asymmetric buildings with bidirectional setback. Nonlinear dynamic (time-history) analysis of two six-storey asymmetric buildings with bidirectional setback and designed according to strong-column weak beam concept is carried out considering various directions of seismic input, and the results compared with those estimated by the proposed method. The largest peak displacement estimated by the simplified method agrees well with the envelope of the dynamic analysis response. The suitability assessment of the simplified procedure to analysed building models is made as well based on pushover analysis results.
Kim, Chang Sung;Ma, Sang Soo;Choi, Se Hyu;Kim, Seung Eock
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.14
no.2
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pp.339-348
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2002
The study developed an automatic design method of steel frames which uses nonlinear analysis. The geometric nonlinearity was considered using stability functions. Likewise, the transverse shear deformation effect in a beam-column was explained. A direct search method was used as an automatic design technique. The unit value of each part was evaluated using LRFD interaction equation. The member with the largest unit value was replaced one by one with an adjacent larger member selected from the database. The weight of the steel frame was considered as an objective function. On the other hand, load-carrying capacities, deflections, inter-story drifts, and ductility requirement were used as constraint functions. Case studies of a two-dimensional and a three-dimensional two-story frames were presented.
This study investigated the preservation status of wooden architectural heritages, designated as Chungcheongbuk-do designated heritage in Jecheon. The purpose of this paper is to find the damage cause and the preservation method of wooden architectural heritages. It was conducted using the research methods of the existing literature and field survey to compare a current status of wooden architectural heritages. The result are as followings. Firstly, it was found the problems of a break, a damage, etc. in the platform and the problems of a cracking, an exfoliation, a corrosion, a warp, etc. in the wall. And, it was found a cracking of the beam(梁) and a roof tile(瓦), a falling of Angto(仰土), a sagging roof, etc. in the roof. Secondly, the damage causes of wooden architectural heritages were mostly caused by the physical limitations of the materials. And, it was caused by a rainwater, a subsidence of ground settlement, a destruction of waterproof membrane, etc. Lastly, the repair methods are making a quicklime layer in the soil mound on a cracking and an exfoliation part, a resin treatment or strut operation on a corrosion part of column, etc.
This paper presents a simplified model to capture the nonlinear behavior of steel frames depending on the spread of plasticity method. New interaction formulae were derived to evaluate the plastic strength for I-shaped steel sections under uniaxial bending moment and axial compression load. Also, new empirical formulae were derived to evaluate the tangent stiffness modulus of steel I-shaped cross-sections considering the effect of the residual stresses suggested by the specifications in European Convention for Construction Steelworks (ECCS). The secant stiffness which depends on the tangent modulus is used to evaluate the internal forces. Based on stiffness matrix method, a finite element analysis program was developed for the nonlinear analysis of space steel frames using the derived formulae. Comparison between the proposed model results with those given by the fiber model shows very good agreement. Numerical examples were introduced to verify, check the accuracy, and evaluate the efficiency of the proposed model. The analysis results show that the new proposed model is accurate and able to minimize the solution time.
Although the exterior wood such as column may frequently contact with liquid water, little work has been found to measure liquid water absorption in wood. To investigate the moisture diffusivity of wood in the longitudinal direction including bound water and free water movement, liquid water absorption test was conducted at the room temperature. The order of magnitude for absorption coefficient and diffusivity was Japanese elm, horn beam, hemlock, spruce, radiata pine, and painted maple. The Boltzmann transformation method was used to determine the diffusivity from measured moisture content distributions in the absorption test. The shape of the curve representing the dependence of diffusivity with moisture content was similar in test samples. The diffusivity decreased with increasing moisture content until around the fiber saturation point and then increased at the nonhygroscopic region, which ranged from $10^{-10}$ to $10^{-7}m^2/s$.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.18
no.2
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pp.151-158
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2005
This research analyzes eigenvalue analysis of stiffened plates on the Pasternak foundations using the finite clement method. For analyzing the stiffened plates, both the Mindlin plate theory and Timoshenko beam-column theory were applied. In application of the finite element method, 8-nodes serendipity clement system and 3-nodes finite element system were used for plate and beam elements, respectively. Elastic foundations were modeled as the Pasternak foundations in which the continuity effect of foundations is considered. In order to verify the theory of this study, solutions obtained by this analysis were compared with the classical solutions in reference, experimental solutions and solutions obtained by SAP 2000. The natural frequency of stiffened plates on Pasternak foundations were determined according to changes or foundation parameters and dimensions of stiffener.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.2
no.1
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pp.35-46
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1998
Structural damage is used to be modeled through reductions in the stiffness of structural elements for the purpose of damage estimation of structural system. In this study, the concept of joint damage is employed for more realistic damage assessment of a steel structure. The joint damage is estimated damage based on the mode shape informations using neural networks, The beam-to-column connection in a steel frame structure is represented by a rotational spring at the fixed end of a beam element. The severity of joint damage is defined as the reduction ratio of the connection stiffness with respect to the value of the intact joint. The concept of the substructural identification is used for the localized damage assessment in a large structure. The feasibility of the proposed method is examined using an example with simulated data. It has been found that the joint damages can be reasonably estimated for the case with the measurements of the mode vectors subjected to noise.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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