T-shaped column is usually used as side column in buildings, which is one of the weak members in structural system. This paper presented a quasi-static cyclic loading experiment of six specimens of reinforced concrete (RC) T-shaped columns under compression-flexure-shear-torsion combined loadings to investigate the effect in the ratio of torsion to moment (T/M) and axial compression ratio (n) and height-thickness ratio of flange plate (φ) on their seismic performance. Based on the test results, the failure characteristics, hysteretic curves, ductility, energy dissipation, stiffness degradation and strength degradation were analyzed. The results show that the failure characteristics of RC T-shaped columns mainly depend on the ratio of torsion to moment, which can be divided into bending failure, bending-torsion failure and shear-torsion failure. With the increase of T/M ratio, the torsion ductility coefficient increased, and in a suitable range, the torsion and horizontal displacement ductility coefficient of RC T-shaped columns could be effectively improved with the increase of axial compression ratio and the decrease of height-thickness ratio of flange plate. Besides, the energy dissipation capacity of the specimens mainly depended on the bending and shear energy dissipation capacity. On the other hand, the increase of axial compression ratio and the ratio of torsion to moment could accelerate the torsional and bending stiffness degradation of RC T-shaped columns. Moreover, the degradation coefficient of torsion strength was between 0.80 and 0.98, and that of bending strength was between 0.75 and 1.00.
Kim, So Yeong;Byeon, Sang Min;Lee, Ho;Shin, Kyung Jae
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.27
no.3
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pp.311-321
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2015
In this study, an experimental study to evaluate the seismic performance of beam-to-column connection for medium and low-rise building was conducted. Five connections using SHN490 steel were made with test variables such as flange welded or bolted, web welded or bolted. Specimen SHN-W-W is web welded and flange welded type. Specimen SHN-W-B is web welded and flange bolted type. Specimen SHN-B-W is web bolted and flange welded type. Specimen SHN-B-B is web bolted and flange bolted type. Specimen SHN-EP is a connection with the end plate to the beam ends. Cyclic loadings was applied at the tip of beam following KBC2009 load protocol. The load vs rotation curves for different connection are shown and final failure mode shapes are summarized. The connections are classified in terms of stiffness and strength as semi-rigid or rigid connection. Energy dissipation capacities for seismic performance evaluation were compared.
Square tubular columns are commonly used in moment resisting frames, while through-diaphragm connection is the most typical configuration detail to connect the H-shaped beam to the column. However, brittle fracture normally occurs at the complete joint penetration weld between the beam flange and the through-diaphragm due to the stress concentration caused by the geometrical discontinuity. Accordingly, three improved types of through-diaphragm are presented in this paper to provide smooth force flow path comparing to that of conventional connections. Tensile tests were conducted on four specimens and the results were analyzed in terms of failure modes, load-displacement response, yield and ultimate capacity, and initial stiffness. Furthermore, strain distributions on the through-diaphragm, the beam flange plate, and the column face were comprehensively evaluated and discussed. It was found that all the proposed three types of improved through-diaphragm connections were able to reduce the stress concentration in the welds between the beam flange and the through-diaphragm. Furthermore, the stress distribution in connection with longer tapered through-diaphragm was more uniform.
This paper proposes a modified bar simulation method for analyzing the shear lag effect of variable sectional box girder with multiple cells. This theoretical method formulates the equivalent area of stiffening bars and the allocation proportion of shear flows in webs, and re-derives the governing differential equations of bar simulation method. The feasibility of the proposed method is verified by the model test and finite element (FE) analysis of a simply supported multi-cell box girder with constant depth. Subsequently, parametric analysis is conducted to explore the mechanism of shear lag effect of varied sectional cantilever box girder with multiple cells. Results show that the shear lag behavior of variable box-section cantilever box girder is weaker than that of box girder with constant section. It is recommended to make the gradient of shear flow in the web with respect to span length vary as smoothly as possible for eliminating the shear lag effect of box girder. An effective countermeasure for diminishing shear lag effect is to increase the number of box chambers or change the variation manner of bridge depth. The shear lag effect of varied sectional cantilever box girder will get more server when the length of central flanges is shorter than 0.26 or longer than 0.36 times of total width of top flange, as well as the cantilever length exceeds 0.29 times of total length of box's flange. Therefore, the distance between central webs can adjust the shear lag effect of box girder. Especially, the width ratio of cantilever plate with respect to total length of top flange is proposed to be no more 1/3.
Seyed Mohammad Mojtabaei;Rasoul Khandan;Iman Hajirasouliha
Steel and Composite Structures
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v.51
no.4
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pp.441-456
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2024
This paper aims to develop Machine Learning (ML) algorithms to predict the buckling resistance of cold-formed steel (CFS) channels with restrained flanges, widely used in typical CFS sheathed wall panels, and provide practical design tools for engineers. The effects of cross-sectional restraints were first evaluated on the elastic buckling behaviour of CFS channels subjected to pure axial compressive load or bending moment. Feedforward multi-layer Artificial Neural Networks (ANNs) were then trained on different datasets comprising CFS channels with various dimensions and properties, plate thicknesses, and restraining conditions on one or two flanges, while the elastic distortional buckling resistance of the elements were determined according to the Finite Strip Method (FSM). To develop less biased networks and ensure that every observation from the original dataset has the chance of appearing in the training and test set, a K-fold cross-validation technique was implemented. In addition, the hyperparameters of the ANNs were tuned using a grid search technique to provide ANNs with optimum performances. The results demonstrated that the trained ANNs were able to predict the elastic distortional buckling resistance of CFS flange-restrained elements with an average accuracy of 99% in terms of coefficient of determination. The developed models were then used to propose a simple ANN-based design formula for the prediction of the elastic distortional buckling stress of CFS flange-restrained elements. Finally, the proposed formula was further evaluated on a separate set of unseen data to ensure its accuracy for practical applications.
Zhen Zhu;Haitao Song;Mingchi Fan;Hao Yu;Chenglong Wu;Chunying Zheng;Haiyang Duan;Lei Wang
Steel and Composite Structures
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v.52
no.4
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pp.405-418
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2024
To study the influence of different reduced beam section (RBS) on the mechanical performance of modular boltedwelded hybrid connection joints (MHCJs), this article uses ABAQUS to establish and verify the finite element model (FEM) of the test specimens on the basis of quasi-static test research. Based on, 14 joint models featuring different RBS are devised to evaluate their influence on seismic behavior, such as joint failure mode, bending moment (M)-rotation angle (θ) curve, ductility, and energy consumption. The results indicate that when the flange and web are individually weakened, they alleviate to some extent the concentrated stress of the core module (CM) and column end steel skeleton in the joint core area, but both increase the stress on the flange connecting plate (FCP). At the same time, the impact of both on seismic performance such as bearing capacity, stiffness, and energy consumption is relatively small. When simultaneously weakening the flange and web of the steel beam, forming plastic hinges at the weakened position of the beam end, significantly alleviated the stress concentration of the CM and the damage at the FCP, improving the overall deformation and energy consumption capacity of joints. But as the weakening size of the web increases, the overall bearing capacity of the joint shows a decreasing trend.
Ha, Yun-Soo;Kim, Doo-Hwan;Song, Kwan-Kwon;Kim, Seong-Pil;Lee, Seong-Geun
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.22
no.4
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pp.114-120
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2018
Recently, the plate girder bridge is offen designed a temporary bridge for underground roadway construction have not interrupt railroad operation. The integral support plate girder bridge which have longitudinal girder and cross-girder is improved workability and reduction cost and of construction time. The cross beam of the integral support plate girder bridge has a normal box shape to distribute load on the main girde to end both side girder. In this study, On the change to the web distance of the cross box shows characteristics of related to the stresses and displacements on the flange and web plate. Afterward, the various analysis contributed to the safety improvement of crossbeam of the integral support crossbeam plate girder bridge.
This paper presented the results of cyclic loading tests of 7 full-scale beams to column subassemblages with improved connection detail i.e., fillets of the stiffening plates at the column corners and ends of the stiffener-to-beam flange weld. Major findings from the test results were: (1) Fillets reduced the stress concentrations that may cause early brittle fractures and considerably improved the cyclic performance compared to the detail without fillets. (2) As the width of the stiffening plate increased, the stiffness and peak strength increased and energy dissipation capacity decreased. (3) While all specimens failed by a fracture, they could develop a total rotation of 0.04 radian required for special moment resisting frames.
This paper provides the results of the study on the structural behavior of the composite metal deck slab system. The experimental study on composite slabs with trapezoidal and inverse-triangle-top-flange deckplate result, it was found that the geometry of the cross-section was more important than any other factors to ensure the composite action of deck slabs. Hence the inverse-triangle-top-flange of closed box was more effective on the shear slip and deflection than the trapezoidal deck of open shape. These results show that the continuing development of composite deck plate must consider importantly the geometry of the deck. The experimental results were compared with established formulas and were analysed to advance a theory on composite slabs using deckplates.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.4
no.1
s.11
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pp.77-86
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2004
It is the buckling of the compression portions of the deckplate that govern its behaviour under wet concrete construction loading. The size and position of intermediate stiffeners in the compression flanges of thin-plate steel decks exert a strong influence on the dominant buckling mode of the flange. Test sections composed of high-strength steel were brake pressed with a variety of Flat-hat intermediate stiffeners in the compression flange forming a progression from small to large stiffeners. The ABAQUS program to determine the effectiveness of intermediate stiffeners in controlling buckling modes is undertaken. A series of specimens are loaded with simple beam. Various buckling wave forms prior to ultimate failure through a plastic collapse mechanism. The experimentally determined buckling stresses are found to be comparable with studies performed using the ABAQUS program analysis and using each country code.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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