Masoumi-Zahaneh, Fereydoon;Hoseinzadeh, Mohamad;Rahimi, Sepideh;Ebadi-Jamkhaneh, Mehdi
Earthquakes and Structures
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v.23
no.1
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pp.59-73
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2022
In this study, the seismic behavior of an all-steel buckling-restrained (AB) steel plate shear wall (SPSW) with incline slits under fire and cyclic loading was investigated. ABSPSW was composed of two thin steel infill plates with a narrow distance from each other, which were embedded with incline slits on each plate. These slits were in opposite directions to each other. The finite element (FE) numerical model was validated with three test specimens and after ensuring the modeling strategy, the parametric study was performed by considering variables such as wall plate thickness, slit width, strip width between two slits, and degree of temperature. A total of 256 FE numerical models were subjected to coupled temperature-displacement analysis. The results of the analysis showed that the high temperature reduced the seismic performance of the ABSPSW so that at 917℃, the load-bearing capacity was reduced by 92%. In addition, with the increase in the temperature, the yield point of the infill plate and frame occurred in a small displacement. The average decrease in shear strength at 458℃, 642℃, and 917℃ was 18%, 46%, and 92%, respectively, compared to the shear strength at 20℃. Also, with increasing the temperature to 917℃, ductility increased by an average of 75%
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.27
no.2
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pp.83-90
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2023
The recent increase in earthquake activities has highlighted the importance of seismic performance evaluation for civil infrastructures. In particular, the container crane essential to maintaining the national logistics system with port operation requires an exact evaluation of its seismic response. Thus, this study aims to assess the seismic vulnerability of container cranes considering their seismic characteristics. The seismic response of the container crane should account for the structural members' yielding and buckling, as well as the crane wheel's uplifting derailment in operation. The crane's yielding and buckling limit states were defined using the stress of crane members based on the load and displacement curve obtained from nonlinear static analysis. The derailment limit state was based on the height of the rail, and nonlinear dynamic analysis was performed to obtain the seismic fragility curves considering defined limit states and seismic characteristics. The yield and derailment probabilities of the crane in the near-fault ground motion were approximately 1.5 to 4.7 and 2.8 to 6.8 times higher, respectively, than those in the far-fault ground motion.
Yanmin Yang;Ying Xiong;Peng Wang;Xiangkun Meng;Tianyuan Cai
Earthquakes and Structures
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v.25
no.2
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pp.113-123
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2023
A novel type of buckling restrained brace with built-up angle steel was developed. The core segment was formed by welding angle steel, and the middle section was reduced by cutting technology to solve the problem that the end of BRB was easy to buckle. The experimental program has been undertaken to study the performance of BRBs with different unbonded materials (silica gel, kraft paper) and different filler materials (ordinary concrete, full light-weight concrete). Four specimens were designed and fabricated for low cycle reciprocating load tests to simulate horizontal seismic action. The failure mode, hysteretic curves, tension-compression unbalance coefficient and other mechanical parameters were compared and analyzed. The finite element software ABAQUS was used to conduct numerical simulation, and the simulation results were compared with the experimental phenomena. The test results indicated that the hysteretic curve of each specimen was plump. Sustaining cumulative strains of each specimen was greater than the minimum value of 200 required by the code, which indicated the ductility of BRB was relatively good. The energy dissipation coefficient of the specimen with silica gel as unbonded material was about 13% higher than that with kraft paper. The experimental results were in good agreement with the simulation results.
Akbar Nikzad;Alireza Kiani;Seyed Alireza Kazerounian
Structural Engineering and Mechanics
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v.88
no.5
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pp.463-480
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2023
The buckling-restrained braced frames with eccentric configurations (BRBF-Es) exhibit stable cyclic behavior and possess a high energy absorption capacity. Additionally, they offer architectural advantages for incorporating openings, much like Eccentrically Braced Frames (EBFs). However, studies have indicated that significant residual drifts occur in this system when subjected to earthquakes at the Maximum Considered Earthquake (MCE) hazard level. Consequently, in order to mitigate these residual drifts, it is recommended to employ self-centering systems alongside the BRBF-E system. In our current research, we propose the utilization of the Direct Displacement-Based Seismic Design method to determine the design base shear for a hybrid system that combines BRBF with an eccentric configuration and a self-centering frame. Furthermore, we present a methodology for designing the individual components of this composite system. To assess the effectiveness of this design approach, we designed 3-, 6-, and 9-story buildings equipped with the BRBF-E-SCF system and developed finite element models. These models were subjected to two sets of ground motions representing the Maximum Considered Earthquake (MCE) and Design Basis Earthquake (DBE) seismic hazard levels. The results of our study reveal that although the combined system requires a higher amount of steel material compared to the BRBF-E system, it substantially reduces residual drift. Furthermore, the combined system demonstrates satisfactory performance in terms of story drift and ductility demand.
Using negative Poisson's ratio materials, an innovative metallic-yielding damper is introduced for the first time in this study. Through the use of ABAQUS commercial software, a nonlinear finite element analysis is conducted to determine the performance of the proposed system. Mild steel plates with elliptical holes are used for these types of dampers, which dissipate energy through an inelastic deformation of the constitutive material. To assess the capability of the proposed damper, nonlinear quasi-static finite element analyses have been conducted on the damper with a variety of geometric parameters. According to the results, the proposed system is ductile and has a high capacity to dissipate energy. The proposed auxetic damper has a specific energy absorption of 910.8 J/kg and a ductility of 33.6. Therefore, this damper can dissipate a large amount of earthquake input energy without buckling by increasing the buckling load of the brace with its ductile behavior. In addition, it was found that by incorporating auxetic dampers in the steel frame, the frame was made harder, stronger, and ductile and its energy absorption increased by 300%.
Restraints of Branch Lines are used as earthquake-resistant support devices for fire-fighting pipes along with sway brace devices. The central types are aligned and fixed in a straight line with center of the pipe, but the eccentric types are fixed to on side of the pipe, so a bending moment occurs. In this study, three specimens each of central type and eccentric type were installed at an angle of 45° from the vertical and a monotonic compression load of 1340N was applied. All central type samples satisfied 17.8mm of the allowable displacement, but all eccentric type samples failed to meet the target load and buckled. Therefore, when considering the performance of eccentric type restraints, both compressive load and bending moment must be considered. Even through material mechanics calculations, the yield stress of eccentric type - 3/8 inch all threaded steel bolt - exceeds 320Mpa of the allowable stress. A experiment standards need to be established for eccentric type restraints.
In recent decades, the majority of studies have concentrated on the utilization of Steel Square Hollow Section (SHS) columns, with minimal attention given to reinforcing columns exhibiting inherent defects. This study addresses this gap by introducing initial vertical and horizontal defects at three distinct locations (top, middle, and bottom) and employing Carbon-FRP for reinforcement. The research investigates the dimensional and positional impacts of these defects on the axial behavior of SHS columns. A total of 29 samples, comprising 17 with defects, 11 strengthened, and 1 defect-free control, underwent examination. The study employed ABAQUS modeling and conducted experimental testing. Results revealed that defects located at different positions significantly diminished the load-bearing capacity and initial performance of the steel columns. Axial loading induced local buckling and lateral rupture, particularly at the defect side, in short columns. Notably, horizontal (across the column's width) and vertical (along the column's height) defects in the middle led to the most substantial reduction in strength and load-bearing capacity. The axial compressive failure increased with the length-to-width ratio of the defect. Moreover, the application of four carbon fiber layers to strengthen the steel columns resulted in increased Energy Dissipation and a delayed onset of local buckling in the face of axial ruptures.
Kim Kyung Min;Kim Ki Hoon;Hwang Yin Seong;Lee Jae Sam;Lee Seong-Yeun;Han Cheon Goo
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2005.05b
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pp.57-60
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2005
This study discusses spalling and fire enduring performance of high performance concrete (HPC) RC column subjected to loading under heating for 3 hours. According to the test, both the plain concrete and the concrete attached with fire enduring PC panel exceed allowable temperature after 60 minutes due to the exposure of steel bar and falling off of concrete resulting from severe spalling failure. It leads to buckling of main bar and at the same time, occurrence of collapse of plain HPC column member is observed after 2 hours and 1 hour 40 minutes's exposure to fire, respectively. On the other hand, HPC applying both PP fiber of 0.1$\%$ by mass of concrete and PP fiber+lateral confinement by metal lath maintains their original cross section, which is satisfied with the 3 hours fire endurance criteria, by discharging internal vapour pressure and enhanced lateral confinement force.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.18
no.11
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pp.747-754
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2017
The Concrete-Filled Tube (CFT) system was developed for its excellent structural performance, such as its good stiffness, stress and ductility, which is derived from the mechanical advantages of its composite structure. However, it is known that the flat type of reinforcing plates need stiffeners placed at a certain distance from each other to avoid buckling failure, which increases the cost accordingly. This paper investigates the contribution of the rib elements placed inside the steel tube for the purpose of increasing the bond strength between the steel and concrete and fire performance with no additional protection. The test results also demonstrate the effectiveness of the corrugated rib's shape against fire. The results of this study showed that the buckling prevention and fire resistance performance criteria were satisfied by the application of the inner surface attachment rib, due to the resulting increase in the strength of the CFT column. Therefore, it is considered that the CFT method using the corrugated rib structure reinforcement developed through this study satisfies the structural and fire resistance performance criteria without the need for a refractory coating. Future studies will be needed to make the process efficient and economical for factory production.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.36
no.3
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pp.297-304
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2012
For the assessment of the performance of a wind-turbine blade, a simulated loading test may be required. In this study, the blade behavior was investigated through numerical analysis using a dual-axis loading test, closely simulating the real operation conditions. The blade structure for the 100-kW-class wind-turbine system was modeled using the finite element (FE) program ANSYS. The failure criteria and buckling analysis under dual-axis loading were examined. The failure analysis, including fiber failure and inter-fiber failure, was performed with Puck's failure criterion. As the dual-axis load ratio increases, the relatively increased stress occurs at the trailing edge and skin surface 3300-3600 mm away from the root. Furthermore, it is revealed that increasing the dual-axis load ratio makes the location that is weakest against buckling move toward the root part. Thus, it is seen that the dual-axis load test may be an essential requirement for the verification of blade performance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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