Tubular construction is widely used in a range of civil and structural engineering applications. To date, the principal product range has comprised square, rectangular and circular hollow sections. However, hot-rolled structural steel elliptical hollow sections have been recently introduced and offer further choice to engineers and architects. Currently though, a lack of fundamental structural performance data and verified structural design guidance is inhibiting uptake. Of fundamental importance to structural metallic design is the concept of cross-section classification. This paper proposes slenderness parameters and a system of cross-section classification limits for elliptical hollow sections, developed on the basis of laboratory tests and numerical simulations. Four classes of cross-sections, namely Class 1 to 4 have been defined with limiting slenderness values. For the special case of elliptical hollow sections with an aspect ratio of unity, consistency with the slenderness limits for circular hollow sections in Eurocode 3 has been achieved. The proposed system of cross-section classification underpins the development of further design guidance for elliptical hollow sections.
Flexural stiffness of bridge spans has become even more important parameter since Eurocode 1 introduced for railway bridges the serviceability limit state of resonance. For simply supported bridge spans it relies, in general, on accurate assessment of span moment of inertia that governs span flexural stiffness. The paper presents three methods of estimation of the equivalent moment of inertia for such spans: experimental, analytical and numerical. Test loading of the twin truss bridge spans and test results are presented. Recorded displacements and the method of least squares are used to find an "experimental" moment of inertia. Then it is computed according to the analytical method that accounts for joint action of truss girders and composite deck as well as limited span shear stiffness provided by diagonal bracing. Finally a 3D model of finite element method is created to assess the moment of inertia. Discussion of results is given. The comparative analysis proves efficiency of the analytical method.
In this paper the overall dynamic response of simple railway bridges subjected to high-speed trains is investigated numerically based on the mechanical models of simply supported single-span and continuous two-span Bernoulli-Euler beams. Each axle of the train, which is composed of rail cars and passenger cars, is considered as moving concentrated load. Distance, magnitude, and maximum speed of the moving loads are adjusted to real high-speed trains and to load models according to Eurocode 1. Non-dimensional characteristic parameters of the train-bridge interaction system are identified. These parameters permit a spectral representation of the dynamic peak response. Response spectra assist the practicing engineers in evaluating the expected dynamic peak response in the design process of railway bridges without performing time-consuming time history analyses.
Composite beams with corrugated steel webs represent a new innovative system which has emerged in the past decade for medium span in the construction technology. The use of composite beams with corrugated steel webs results in a range of benefits, including flexible spaces and reduced foundation costs in the construction technology. The thin corrugated web affords a significant weight reduction of these beams, compared with hot-rolled or welded ones. In the current research, an optimal designed I-girder beam with corrugated web has been proposed to improve the structural performance of continuous composite girder under bending moment. The experimental program has been conducted for six simply supported composite beams with different loading conditions. The tested specimens are designed by using one of the stochastic techniques called hunting search algorithm. In the optimization process, besides the thickness of concrete slab and studs, corrugated web properties are considered as design variables. The design constraints are respectively implemented from Eurocode 3, BS-8110 and DIN 18-800 Teil-1. The last part of the study focuses on performing a numerical study on composite beams by utilizing finite element analysis and the bending behavior of steel girders with corrugated webs experimentally and numerically verified the results. A nonlinear analysis was carried out using the finite element software ANSYS on the composite beams which were modelled using the elements ten-node high order quadrilateral type.
The application of composite steel-concrete slabs with profiled steel sheeting has increased, due to the various advantages in relation to reinforced concrete slabs such as, the reduced thickness, the reduced amount of lost formwork needed, as well as the speed of execution. The loss of longitudinal shear resistance is, generally, the governing design mode for simply supported spans of common lengths. For common distributed loadings, the composite behaviour is influenced by the partial shear connection between the concrete and the steel sheeting. The present research work is intended to contribute to improving the ultimate limit state behaviour of composite slabs using end anchorage. Eurocode 4, Part 1.1 (EN 1994-1-1) provides an analytical methodology for predicting the increase of longitudinal resistance, achieved by using shear studs welded through the steel sheeting as the end anchorage mechanism. The code does not supply an analytical methodology for other kinds of end anchorage so, additional tests or studies are needed to prove the effectiveness of these types of anchorage. The influence of end anchorage mechanisms provided by transverse rebars at the ends of simply supported composite slabs is analysed in this paper. Two experimental programmes were carried out, the first to determine the resistance provided by the new end anchorage mechanism and the second to analyse its influence on the behaviour of simply supported composite slabs.
In long span steel structure, the plate girder reinforced with stiffeners are commonly used. When choosing the cross section with deep depth of girder as well as narrow width, however, out of plane buckling can be a problem due to web slenderness. In an effort to solve this issue, current study determined the applicability of using corrugated web girder with deep depth as bending member, which is generally being utilized in both factory and warehouse nationwide. To accomplish this, we performed the loading test of H-shaped beam with sinusoidal corrugated web. Corrugated web CP-2.3 specimen exhibited 12% less maximal bending strength but CP-3.2 specimen exerted 24% increase in strength compared to plate web P-4.5. this result indicates that corrugated web provides enough strength even with unfavorable width-thickness ratio of plate. And bending as well as shear strength estimated by the Eurocode (EN 1993-1-5) were compared with both bending strength by loading test and shear strength estimated by KBC2009. In case of eurocode, increase in plate thickness did not help in bending performance improvement. moreover, shear performance was sensitive to the thickness of the web folds and the shape of the web plate.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.33
no.1
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pp.81-92
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2013
The ultimate flexural strength of HSB I-girders, considering the effect of local bucking, was investigated through a series of nonlinear finite element analysis. The girders were selected such that the inelastic local flange buckling or the plastic yielding of compression flanges governs the flexural strength. Both homogeneous sections fabricated from HSB600 or HSB800 steel and hybrid sections with HSB800 flanges and SM570-TMC web were considered. In the FE analysis, the flanges and web were modeled using thin shell elements and initial imperfections and residual stresses were imposed on the FE model. An elasto-plastic strain hardening material was used for steels. After establishing the validity of present FE analysis by comparing FE results with test results published in the literature, the effects of initial imperfection and residual stress on the inelastic flange local buckling behavior were assessed. The ultimate flexural strengths of 60 I-girders with various compression flange slenderness were obtained by FE analysis and compared with those calculated from the KHBDC, AASHTO LRFD and Eurocode 3 provisions. Based on the comparison, the applicability of design equations in these specifications for the flexural strength of I-girder considering flange local buckling was evaluated.
This paper aims at investigating the bending strength of high-strength concrete beams with compressive strength of 80 MPa. The experimental parameters included nominal yielding strength of rebar with 400 and 600 MPa, rebar ratio ranging from 0.98 to 1.97%, and shear span-effective depth ratios (a/d) of 6.0 and 4.8. Experimental results were discussed regarding load-deflection relationship, ductility, bending strength, and prediction of bending strength of beams. Test results indicate that the use of high-strength rebar increased bending strength but decreased ductility. As span-effective depth ratio increased, the ductility of test beams decreased. In addition, test results of bending strength were compared with predictions from the current KCI code, Eurocode 2 and Korean Highway Design Specification (KHDC). The design code predictions for bending strength underestimated the experimental results. Therefore, the current design code predictions for bending strength of high-strength concrete beams would provide conservative design. Predictions of bending strength from KCI code using strength reduction factors and those from Eurocode 2 as well as KHDC using material factors were similar each other.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.18
no.10
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pp.54-62
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2017
This paper describes the behavior and failure probability of the basic structural members in a fire for the fire safety assessment of offshore structures. A fire safety assessment can be accomplished by comparing the fire resistance of the members with the fire severity of the heat load due to fire. The fire severity is represented as the maximum temperature of the members using the Eurocode 1 standard fire curve and heat transfer equation. On the other hand, the fire resistance is the limiting temperature calculated by a simplified formula in the case of simple structural members. Considering the complexity of FPSOs and offshore structures, a general-purpose structural analysis program should be used and the limiting temperature obtained by analyzing the structural strength of the members through an elasto-plastic analysis with a large deflection, and compared with the maximum temperature. Also, the equality of these two methods of evaluating the fire resistance was confirmed by comparing them. Following three criteria, the strength, serviceability and stability, three failure modes, namely the first failure of a hinge, large deflection and buckling, were chosen. The failure temperature was verified for each failure mode. using the AFOSM method in the equation of the fire severity and fire resistance, thereby giving the failure probability of the member. By applying these processes to the example of a beam and plate, the behavior of the structure and failure (temperature?) of each failure mode can be determined.
The object of this paper is to perform the experiments to investigate the relationship of the resistance forces and the failure temperatures on the failure behaviors of H-shaped steel compressive members. H-shaped members(SS400) were used for the test models and the tests for the elevated temperatures were performed by ISO 834 in FILK(Fire Insurers Laboratories of Korea). The local, overall buckling stresses and a yielding stresses for the failure temperatures were compared with the compressive stresses for the loading forces of test models, the yielding strength and elastic modulus reduction factor of the steel at a high temperature were based on the criteria of the EC3(Eurocode 3) Part1.2(1993). The slenderness ratio was fixed by 45.4 and the compressive forces corresponded with 50%, 70% and 80% of the yielding forces at the normal temperatures were chosen for the loading forces of the test models. The failure temperatures of the test models were investigated under three kinds of loading conditions. It was known that the resistance forces have come close to the yielding forces, not the elastic buckling loads evaluated by EC3 at the failure temperatures obtained from the tests which are related to the failure temperatures and the loading stresses.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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