This study investigated the out-of-plane elastic buckling load and effective length factor of X-bracing system. The members of X-bracing system which are studied in this paper are rigidly attached to the structure at their end connections, and are pinned or rigidly connected at their point of intersection. The effective length factors are derived for the general case where the tension and compression brace have different material and geometrical properties.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2001.10a
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pp.337-344
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2001
This paper is concerned with the change of joint rigidity in estimating the degree of semi-rigidity of connections and the buckling load in a single layer latticed dome. The estimations are based on information about the ratio for the rotational stiffness of the connection to the flexural stiffness of the member and the minimum eigenvalue of a structure for pinned, semi-rigid and completely rigid cases, respectively. Connection characteristics are reflected in the ratio control of joint rigidity for the DOFs to be related using the spring element by FEM.
Accurate determination of the relative restraint of beam-to-column connections is important for both the strength and the serviceability of structural frames. But steel frame analysis is carried out under the assumption that the connections are either fixed or pinned. Overestimating the connection restraint can result in underestimating lateral sway and underestimating the connection restraint can lead to underestimating forces developed in the beams and columns. This implies that the exact stiffness of connections as well as the geometric effects should be considered in the frame analysis and the overall behavior of connections could be described adequately. Therefore, the stiffness matrix which is able to consider the moment-rotation of connection was derived previously and the modified exponential model, power model and the proposed log model are adopted for modeling the semi-rigid connections. The main purpose of this study is to examine the feasibility of the derived stiffness matrix and to show the validity of log model proposed.
Saggaff, A.;Tahir, M.M.;Sulaiman, A.;Ngian, S.P.;Mirza, J.
Structural Engineering and Mechanics
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v.55
no.4
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pp.765-784
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2015
Connections are usually designed either as pinned usually associated with simple construction or rigid normally is associated with continuous construction. However, the actual behaviour falls in between these two extreme cases. The use of partial strength or semi-rigid connections has been encouraged by Euro-code 3 and studies on semi-continuous construction have shown substantial savings in steel weight of the overall construction. Composite connections are proposed in this paper as partial or full strength connections. Standardized connection tables are developed based on checking on all possible failure modes as suggested by "component method" for beam-to-column composite connection on major axis. Four experimental tests were carried out to validate the proposed standardised connection table. The test results showed good agreement between experimental and theoretical values with the ratio in the range between 1.06 to 1.50. All tested specimens of the composite connections showed ductile type of failure with the formation of cracks occurred on concrete slab at maximum load. No failure occurred on the Trapezoidal Web Profiled Steel Section as beam and on the British Section as column.
We present a semi-rigid connection estimation method by using cross modal strain energy method. While rigid or pinned assumptions are adopted for steel frames in traditional modeling via finite element method, the actual behavior of the connections is usually neither. Semi-rigid joints enable connections to be modeled as partially restrained, which improves the quality of the model. To identify the connection stiffness and update the FE model, a newly-developed cross modal strain energy (CMSE) method is extended to incorporate the connection stiffness estimation. Meanwhile, the relations between the correction coefficients for the CMSE method are derived, which enables less modal information to be used in the estimation procedure. To illustrate the capability of the proposed parameter estimation algorithm, a four-story frame structure is demonstrated in the numerical studies. Several cases, including Semi-rigid joint(s) on single connection and on multi-connections, without and with measurement noise, are investigated. Numerical results indicate that an excellent updating is achievable and the connection stiffness can be estimated by CMSE method.
Sangwook Park;Patricia Clayton;Todd A. Helwig;Michael D. Engelhardt;Eric B. Williamson
Steel and Composite Structures
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v.51
no.5
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pp.563-573
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2024
This research experimentally evaluated the local stress distribution along the cross-section of composite beams under both positive and negative moments. The experiment utilized a large-scale, two-story, two-by-three bay steel gravity frame with a concrete on metal deck floor system. The composite shear connections, which are nominally assumed to be pinned under gravity loading, can develop non-negligible moment-resisting capacity when subjected to lateral loads. This paper discusses the local stress distribution, orshear lag effects, observed near the beam-to-column connections when subjected to combined gravity and lateral loading. Strain gauges were used for measurements along the beam depth at varying distances from the connection. The experimental data showed amplified shear lag effects near the unconnected region of the beam web and bottom flange under the applied loading conditions. These results indicate that strain does not vary linearly across the beam cross-section adjacent to the connection components. This insight has implications for the use of experimental strain gauge data in estimating beam demands near the connections. These findings can be beneficial in informing instrumentation plans for future experimental studies on composite beams.
Recently, many studies on connections in steel structures have been performed. In practice, designers assume that the connection is a rigid- or pinned-one, however, actually the connection behaves as partially restrained one, neither fully restrained nor unrestrained. This paper concentrates on the behavior of double angle connections in the field of semi-rigid connections. The behavior of double angle connection. induced by abrupt axial tension load or by collapsed brace in medium or low rise building, is analyzed by 3D nonlinear finite element method using ABAQUS(ver 5.8). From the analytic results. a simplified model of double angle and a rotational stiffness at the corner of the angle are derived, which are fundamentally used for understanding the behavior of the double angle connection.
Reyes-Salazar, Alfredo;Cervantes-Lugo, Jesus Alberto;Barraza, Arturo Lopez;Bojorquez, Eden;Bojorquez, Juan
Steel and Composite Structures
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v.22
no.1
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pp.113-139
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2016
The nonlinear seismic responses of steel buildings with perimeter moment resisting frames (PMRF) and interior gravity frames (IGF) are estimated, modeling the interior connections first as perfectly pinned (PPC), and then as partially restrained (PRC). Two 3D steel building models, twenty strong motions and three levels of the PRC rigidity, which are represented by the Richard Model and the Beam Line Theory, are considered. The RUAUMOKO Computer Program is used for the required time history nonlinear dynamic analysis. The responses can be significantly reduced when interior connections are considered as PRC, confirming what observed in experimental investigations. The reduction significantly varies with the strong motion, story, model, structural deformation, response parameter, and location of the structural element. The reduction is larger for global than for local response parameters; average reductions larger than 30% are observed for shears and displacements while they are about 20% for bending moments. The reduction is much larger for medium- than for low-rise buildings indicating a considerable influence of the structural complexity. It can be concluded that, the effect of the dissipated energy at PRC should not be neglected. Even for connections with relative small stiffness, which are usually idealized as PPC, the reduction can be significant. Thus, PRC can be used at IGF of steel buildings with PMRF to get more economical construction, to reduce the seismic response and to make steel building more seismic load tolerant. Much more research is needed to consider other aspects of the problem to reach more general conclusions.
The analysis and design of steel frames are usually carried out under the assumption that the connections of beam-to-column are either fully rigid or ideally pinned. However the connections actually show semi-rigid behavior in many cases. The authors investigated the structural behavior of simi-rigid connection with reformed T-stub by using of SM490 steel. The objective of the study is to investigate the structural behavior of the beam-to-column semi-rigid connection with reformed T-stub, which is made of SS400 steel. The beam-to-column connections by using reformed T-stubs were tested under monotonic loading and cyclic loading condition. The possibility of application of semi-rigid connections with reformed T-stubs was ascertained from test results.
In engineering practice, tubular connections are usually assumed pinned or rigid. Recent research showed that tubular joints may exhibit non-rigid behavior under axial or bending loads. This paper is concerned with establishing a new classification for tubular joints and investigating the effect of joint rigidity on the global behavior of CHS (Circular Hollow Section) lattice girders. Parametric formulae for predicting tubular joint rigidities are proposed, which are based on the finite element analyses through systematic variation of the main geometric parameters. Comparison with test results proves the reliability of these formulae. By considering the deformation patterns of respective parts of Vierendeel lattice girders, the boundary between rigid and semirigid tubular connections is built in terms of joint bending rigidity. In order to include characteristics of joint rigidity in the global structural analysis, a type of semirigid element which can effectively reflect the interaction of two braces in K joints is introduced and validated. The numerical example of a Warren lattice girder with different joint models shows the great effect of tubular joint rigidities on the internal forces, deformation and secondary stresses.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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