This paper presents a finite element (FE) model for predicting the behaviour of steel column-column connections under axial compression and tension. A robustness approach is utilised for the design of steel column-column connections. The FE models take into account for the effects of initial geometric imperfections, material nonlinearities and geometric nonlinearities. The accuracy of the FE models is examined by comparing the predicted results with independent experimental results. It is demonstrated that the FE models accurately predict the ultimate axial strengths and load-deflection curves for steel column-column connections. A parametric study is carried out to investigate the effects of slenderness ratio, contact surface imperfection, thickness of cover-plates, end-plate thickness and bolt position. The buckling strengths of steel column-column connections with contact surface imperfections are compared with design strengths obtained from Australian Standards AS4100 (1998) and Eurocode 3 (2005). It is found that the column connections with maximum allowable imperfections satisfy the design requirements. Furthermore, the steel column-column connections analysed in this paper can be dismantled and reused safely under typical service loads which are usually less than 40% of ultimate axial strengths. The results indicate that steel column-column connections can be demounted at 50% of the ultimate axial load which is greater than typical service load.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.33
no.4
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pp.35-40
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2005
There are many methods to reinforce the cylindrical structure for light weight design like skin-stringer and semi-monocoque. Isogrid is one of the reinforced structures to improve buckling load. Isogrid has many advantages for complex load case, internal pressure and concentrated load.In this paper, compressive buckling test and non-linear FE analysis of the isogrid panel are described. Diameter of panel is 2.4m and thickness of plate is 11.43mm. The angle which the panel accomplish is about 70 degrees and, its height is about 660mm. Local buckling, global buckling and variation of stiffness after local buckling were observed during buckling test of the panel. MSC/MARC is used for non-linear FE analysis. When analysis, initial imperfection of panel which occurred during plastic forming is considered. The results of analysis for buckling mode and buckling load have good agreements with test.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.33
no.3
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pp.66-80
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1996
Recently, HT steel has been widely used in structure, and this enables to reduce the plate thickness. To use the HT steel effectively for a ship hull, the plate thickness becomes thin so that plate buckling may take place. Therefore, precise assessment of the behaviour of plat above primary buckling load is important. The plate under the load, that is called, secondary buckling load may undergo abrupt changes in wave form after primary buckling. This is very important when the collapse strength of the whole structures is considered. From this point of view, this paper discusses secondary buckling behaviour of thin plate under inplane compressive loading. A elastic large deflection analysis of plates with initial imperfection is performed assuming uniaxial compression, respectively, and the influence of secondary buckling is investigated. It is known that square plate is not influenced by non-symmetrical deflection coefficient but influenced by symmetrical deflection coefficient. Also, it has been found that rectangular plate($\alpha$=a/b) is influenced by all deflection coefficient, and the reduction of inplane stiffness of the plate after primary buckling is continued.
Kim Byeong-Min;Hwang Yoon-Koog;Lee Young-Ho;Kang Young-Jong;Zi Goang-Seup
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.19
no.1
s.71
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pp.73-83
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2006
The failure mechanism of a hollow bridge deck which is made of fiber reinforced polymer (FRP) to improve its durability and life time significantly is investigated using both experiments and analyses. While the Load-displacement behavior of the deck in the longitudinal direction is almost linear just before the failure, the behavior in the transverse direction shows a strong nonlinearity even in its initial response with relatively small magnitude of loads. We found that the nonlinearity is due to the imperfection of the connection between the flange and the web; a plastic deformation can t라e place in the connection. The argument is demonstrated using a simple structural model in which a rigid plastic hinge is introduced to the connection. We also checked the contribution of the delamination mechanism to the failure. But the delamination is not the main mechanism which initiates and causes the failure of the bridge deck. In order to improved the structural behavior of the deck in the transverse direction, we suggested that the empty space of the bridge deck is filled with a foam and confirmed the improved behavior by a numerical analysis.
Serror, Mohammed H.;Hamed, Ahmed N.;Mourad, Sherif A.
Steel and Composite Structures
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v.22
no.6
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pp.1417-1443
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2016
Cellular and castellated steel beams are used to obtain higher stiffness and bending capacity using the same weight of steel. In addition, the beam openings may be used as a pass for different mechanical fixtures such as ducts and pipes. The aim of this study is to investigate the effect of different parameters on both elastic and inelastic critical buckling stresses of steel web plates with openings. These parameters are plate aspect ratio; opening shape (circular or rectangular); end distance to the first opening; opening spacing; opening size; plate slenderness ratio; steel grade; and initial web imperfection. The web/flange interaction has been simplified by web edge restraints representing simply supported boundary conditions. A numerical parametric study has been performed through linear and nonlinear finite element (FE) models, where the FE results have been verified against both experimental and numerical results in the literature. The web plates are subject to in-plane linearly varying compression with different loading patterns, ranging from uniform compression to pure bending. A buckling stress modification factor (${\beta}$-factor) has been introduced as a ratio of buckling stress of web plate with openings to buckling stress of the corresponding solid web plate. The variation of ${\beta}$-factor against the aforementioned parameters has been reported. Furthermore, the critical plate slenderness ratio separating elastic buckling and yielding has been identified and discussed for two steel grades of DIN-17100, namely: ST-37/2 and ST-52/3. The FE results revealed that the minimum ${\beta}$-factor is 0.9 for web plates under uniform compression and 0.7 for those under both compression and tension.
Sohn, Jung Min;Cheon, Ho Jeong;Shin, Seung Ho;Hong, Key Yong
Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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v.17
no.1
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pp.36-41
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2014
A floating offshore structure has high tendency to occur the buckling when compressive, bending and shear loads applied. When the buckling is occurred, in-plane stiffness of structure is remarkably decreased. And it has a harmful effect on the local structural strength as well as global structural strength. In the present study, it has been investigated the ultimate strength of tubular members which is located between a floater and a damping plate of the floating pendulum wave energy converter. Nonlinear finite element method is conducted using the initial imperfection according to 1st buckling mode which is obtained from the elastic buckling analysis. It is also noted the ultimate bending strength characteristic varying with a diameter, thickness and stiffeners of the tubular member.
Park, Yong Myung;Lee, Kun Joon;Choi, Byung Ho;Hwang, Min O
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.25
no.2
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pp.141-151
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2013
In this paper, lateral-torsional buckling(LTB) strength of HSB800 steel plate girder under uniform bending moment was estimated by the nonlinear analysis. Doubly symmetric sections with slender, noncompact and compact webs were considered and the LTB strength in the inelastic range was estimated by taking initial imperfection and residual stress into account. For the numerical analysis, single-panel model and three-panel model were considered and analysis of SM490 steel plate girder was performed to judge the validity of the constructed models by comparing the results with AASHTO, AISC, Eurocode and KHBDC(LSD) codes. By using the same models, LTB strength of HSB800 girder was evaluated and it was acknowledged that the current codes can be applied to HSB800 girders with doubly symmetric section in the inelastic LTB range.
In this research, an effective computational technique is carried out for nonlinear and post-buckling analyses of cracked imperfect composite plates. The laminated plates are assumed to be moderately thick so that the analysis can be carried out based on the first-order shear deformation theory. Geometric non-linearity is introduced in the way of von-Karman assumptions for the strain-displacement equations. The Ritz technique is applied using Legendre polynomials for the primary variable approximations. The crack is modeled by partitioning the entire domain of the plates into several sub-plates and therefore the plate decomposition technique is implemented in this research. The penalty technique is used for imposing the interface continuity between the sub-plates. Different out-of-plane essential boundary conditions such as clamp, simply support or free conditions will be assumed in this research by defining the relevant displacement functions. For in-plane boundary conditions, lateral expansions of the unloaded edges are completely free while the loaded edges are assumed to move straight but restricted to move laterally. With the formulation presented here, the plates can be subjected to biaxial compressive loads, therefore a sensitivity analysis is performed with respect to the applied load direction, along the parallel or perpendicular to the crack axis. The integrals of potential energy are numerically computed using Gauss-Lobatto quadrature formulas to get adequate accuracy. Then, the obtained non-linear system of equations is solved by the Newton-Raphson method. Finally, the results are presented to show the influence of crack length, various locations of crack, load direction, boundary conditions and different values of initial imperfection on nonlinear and post-buckling behavior of laminates.
Kim, Do-Young;Sim, Chang-Hoon;Kim, Han-Il;Park, Jae-Sang;Yoo, Joon-Tae;Yoon, Young-Ha;Lee, Keejoo
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.49
no.4
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pp.321-328
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2021
This paper derives numerically new buckling Knockdown factors for the lightweight design of the composite propellant tanks for space launch vehicles. A nonlinear finite element analysis code, ABAQUS, is used for the present postbuckling analysis of composite cylinders under compressive loads. Various thickness ratios (R/t) and slenderness ratios (L/R) are considered and Single Perturbation Load Approach is applied to represent the geometric initial imperfection of the composite cylinder. For the composite cylinder with thickness ratio of 500 and slenderness ratio of 2.04, the buckling Knockdown factor derived in this work is higher by 84.38% than NASA's previous buckling design criteria. Therefore, it is investigated that a lightweight design is possible when the present Knockdown factors are used for the design of composite propellant tanks. In addition, it is shown that global buckling loads and buckling Knockdown factors decrease as the thickness ratio or slenderness ratio of composite cylinders increases.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.35
no.3
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pp.159-166
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2022
In this study, slender reinforced concrete columns subjected to high temperatures and eccentric axial loads are evaluated by finite element analysis employing Abaqus (a finite element analysis program). Subsequently, the analysis results are compared and assessed. The sequentially coupled thermal stress analysis provided by Abaqus was employed to reflect the condition of an axially loaded column exposed to fire. First, heat transfer analysis was performed on the column cross-section. After verifying the results, another analysis was conducted: the cross-section was transformed into a three-dimensional element and then structural analyzed. In the analysis process, the column was modeled by accounting for the effects of tension stiffening and initial imperfection that could affect convergence and accuracy. The analysis results were compared with 74 experimental records, and an average error of 6% was observed based on the fire exposure and resistance. The foregoing indicates that the fire resistance performance of reinforced concrete columns can be predicted through finite element analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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