In this study, theoretical models and design procedures of the behavior of thin-walled simply supported steel beams with an open cross section under a large torsional effect are presented. I-sections were chosen as the cross section types. Firstly, the widely used differential equations for the lateral buckling for the pure bending moment effect in a beam element were adopted for the various moment distributions along the span of the beam. This solution was obtained for both mono-symmetric and bisymmetric sections. The buckling loads were then obtained by using the energy method. When using the energy method to solve the problem, it is possible to locate the load not only on the shear center but also at several points of the section depth. Buckling loads were obtained for six different load types. Results obtained for different load and cross section types were checked with ABAQUS software and compared with several standard rules.
Torsional behaviors of beams are investigated for the web reinforcement and the concrete type. Eight beams with self-compacting concrete (SCC) and twelve beams with conventional concrete (CC) were manufactured and tested. All the models manufactured as the $250{\times}300{\times}1500mm$ were tested according to relevant standards. Two concrete types, CC and SCC were designed for 20 and 40 MPa compressive strength. From the point of web reinforcement, the web spacing was chosen as 80 and 100 mm. The rotation angles of the concrete beams subjected to pure torsional moment as well as the cracks occurring in the beams, the ultimate and critical torsional moments were observed. Moreover, the ultimate torsional moments obtained experimentally were compared with the values evaluated theoretically according to some relevant standards and theories. The closest estimations were observed for the skew-bending theory and the Australian Standard.
The results of experimental testing of the effect of confined concrete on compressive strength and ductility of concrete beam subjected to pure bending are presented. The effect of different stirrups forms and spacing, as well as different concrete strengths, on beam carrying capacity and ductility were analyzed. Ultimate strength capacity and deflection of concrete beam increase with the decrease in stirrups spacing. Stirrup form has a great effect on the ultimate carrying capacity and ductility of concrete beam. Stirrups which confined the region of concrete in the compression more contribute to greater compression strength of concrete than common stirrups at the perimeter of the entire cross-section of the beam.
Park, Eu-Tteum;Kim, Jeong;Kang, Beom-Soo;Song, Woo-Jin
Composites Research
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v.30
no.2
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pp.158-164
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2017
The fiber metal laminate is a type of hybrid materials laminated thin metallic sheets with fiber reinforced plastic sheets. The laminate has been researched or applied in automotive and aerospace industries due to their outstanding impact absorbing performance in view of light weight aspect. Specially, the replacement of side-impact beam as the fiber reinforced plastic has been researched actively. The objective of this paper is the primitive investigation in the development of side-door impact beam using the fiber metal laminate. First, the three-point bending simulations were conducted to decide the shape of impact beam using the numerical analysis. Next, two cases impact beam (pure DP 980 and fiber metal laminate) were installed in the side-door, and then the bending tests (according to FMVSS 214S) were simulated using the numerical analysis. It is noted that the side-door impact beam can be replaced with the fiber metal laminate sufficiently based on the numerical analysis results.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.29
no.5
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pp.488-496
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2023
Ship and bridge structures are a type of long box-shaped structure, and resistance to vertical bending moment is a key factor in their structural design. In particular, because box girders are repeatedly exposed to irregular wave loads for a long time, the continuous collapse behavior of structural members must be accurately predicted. In this study, plastic collapse behavior, including buckling according to load changes of the box girder receiving pure bending moments, was analyzed using a numerical analysis method. The analysis targets were selected as three box girders used in the Gordo experiment. The cause of the difference was considered by comparing the results of the structural strength experiment with those of non-linear finite element analysis. This study proposed a combination of the entire and local sagging shape to reflect the effect of the initial sagging caused by welding heat that is inevitably used to manufacture carbon steel materials. The procedures reviewed in the study and the contents of the initial sagging configuration can be used as a good guide for analyzing the final strength of similar structures in the future.
Kim, Jong Min;Kim, Seung Jun;Park, Jong Sup;Kang, Young Jong
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.20
no.2
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pp.237-246
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2008
The cross-sections of continuous multi-span beams sometimes suddenly increase, or become stepped, at the interior supports of continuous beams to resist high negative moments. The three-dimensional finite-element program ABAQUS (2006) was used to analytically investigate the inelastic lateral-torsional buckling behavior of stepped beams subjected to pure bending moment and resulted in the development of design equations. The flanges of the smaller cross-section were fixed at 30.48 by 2.54 cm, whereas the width and/or thickness of the flanges of the larger cross-section varied. The web thickness and height of beam was kept at 1.65 cm and 88.9 cm, respectively. The ratios of the flange thickness, flange width, and stepped length of beams are considered analytical parameters. Two groups of 27 cases and 35 cases, respectively, were analyzed for double and single stepped beams. The combined effects of residual stresses and geometrical imperfection on inelastic lateral-torsional buckling of beams are considered. First, the distributions of residual stress of the cross-section is same as shown in Pi, etc (1995), and the initial geometric imperfection of the beam is set by central displacement equal to 0.1% of the unbraced length of beam. The new proposed equations definitely improve current design methods for the inelastic LTB problem and increase efficiency in building and bridge design. The proposed solutions can be easily used to develop new design equation for inelastic LTB resistance of stepped beams subjected to general loading condition such as a concentrated load, a series of concentrated loads or uniformly distributed load.
Lodging is classified as root lodging caused by the loss of supporting force in the root, bending caused by the deformation of the stem and breaking where the stem breaks down as loads exceeding critical elasticity were applied. This research excluded breaking which is not in a state of equilibrium and tried to partition the level of lodging using an algebraic model in root lodging and stem lodging, or bending. When a vertical load was applied, the deformation of the stem of rice plant showed the form of a quadratic equation. The trace of the panicle neck in the process of lodging was an ellipse-shape. When loading was pure root lodging, the trace of the panicle neck became a circle of which culm length is the radius. When it was a pure stem lodging, the trace of the panicle neck is an ellipse of which major axis is culm length and minor axis is 0.64* culm length. When both stem lodging and root lodging occurred in a natural setting, the partitioning of lodging can be calculated by a formula using eccentricity of an ellipse, S=e*100/0.768(S is the ratio of stem lodging in the whole lodging, e is eccentricity of the ellipse). This method is expected to be useful in simple lodging partitioning. We could also calculate the partitioning of stem lodging and root lodging as units of angles as an accuracy method, by using a straight line calculated by differentiating a quadratic equation of stem deformation at the origin of the coordinates. These two methods for dividing root and stem lodging showed different values. However, each of them showed almost same values with different lodging degree in one plant.
The ultimate bending strength and flexural ductility performance of longitudinally stiffened plate girders fabricated with mild steel were investigated utilizing nonlinear incremental finite element analysis. AASHTO LRFD (2002) design specifications were reviewed for possible application of longitudinally stiffened plate girders as compact sections. In order to investigate compact section requirements for plate girders with longitudinal stiffeners in webs, a number of full-scale plate girders were modeled and analyzed up to the collapse under pure bending condition. It was found that the slenderness of sub panel of the webs, the stiffness of longitudinal stiffeners, and the slenderness of compression flanges are key parameters governing the flexural ductility of the plate girders. It was also found from finite element analysis that longitudinally stiffened plate girder sections can satisfy compact section requirements both in full plastic moment capacity and flexural ductility requirement. New design equations have been proposed for longitudinally stiffened plate girders to be treated as compact sections.
Hong, Sung Wook;Kyung, Kab Soo;Choi, Dong-Ho;Yong, Hwan Sun
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.12
no.6
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pp.701-713
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2000
In this study, the 4-point bending test been performed in order to estimate effect of grinding on fatigue characteristics quantitatively for as-welded specimen, grinding specimen & TIG-dressing specimen for non load-carrying fillet welded joints subjected to pure bending. As a result of fatigue tests, fatigue strength at $2{\times}106$cycles of grinding specimen and TIG-dressing specimen has been increased compared with as-welded specimen and satisfied the grade of fatigue strength prescribed in specifications of domestics and AASHTO & JSSC. As a result of beachmark test, fatigue cracks on all specimens have occurred at several points where stress
When hot-rolled wide flanges are used as vertical compressive or bending member, opening web are often to take a space for equipments of pipe or duct. The Web of hot-rolled wide flange steel with opening may be analyzed as a rectangular plate, subjected to in plane force, and the buckling load is governed by the ultimate force of web. The result of the theory showed close agreement with the result of the finite element analysis. It was also shown that the buckling loads of stiffened opening plates could be larger than those of the plate. The stiffened opening plates for the 4-side simply supported case showed more stiffening effect than the Two Opposite Elastic Supports and Two Other Opposite Simply Supports case. In this study, we proposed the effective opening sizes that buckling loads of stiffened opening plate could be greater than those of the plates.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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