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.
Bolted connections are used commonly in the precast reinforced concrete structures. In such structures, to perform structural analysis, behaviour of connections must be determined. In this study, elastic rotation stiffness of semi-rigid bolted beam connections, applied in industrial precast structures, are determined by finite element methods. The results obtained from numerical solutions are compared with an experimental study carried out for the same connections. Furthermore, stress distributions of the connection zone are determined and a reinforcement scheme is proposed. Thus, a more appropriate reinforcement arrangement for the connection zone is enabled. The connection joint of the prefabricated frame is described as rigid, hinged or elastic, and a static analysis of the frame system is performed for each case. Values of bending moments and displacements obtained from the three solutions are compared and the effects of elastic connection are discussed.
The use of composite semi-rigid connections is not fully exploited, in spite of its great number of advantages. Composite semi-rigid connections may lead to an optimal moment distribution that will render lighter structures. Furthermore, using the appropriate semi-rigid connection design, the stability of the frames against lateral loads may entirely rely on the joint stiffness, thus avoiding bracing systems and permitting more diaphanous designs. Although modern codes, such as the Eurocode 4 (EC4), propose thorough methods of analysis they do not provide enough insight and simplicity from the design point of view. The purpose of this paper is to introduce practical and efficient methods of analysis that will facilitate the work of a structural analyst starting from the global analysis of the composite frame and ending on the final connection design. A key aspect is the definition of the stiffness and strength of the connections that will lead to an optimal moment distribution in the composite beams. Two examples are presented in order to clarify the application of the proposed methods and to demonstrate the advantages of the semi-rigid composite design with respect to the alternative pinned and rigid ones. The final aim of the paper is to stimulate and encourage the designer on the use of composite semi-rigid structures.
Lateral sway is most likely to control the design of semi-rigid steel frames where the frame arrangements do not include any form of bracing. This paper investigates the sway behaviour of semi-rigid regular steel frames i.e., frames having the same arrangement of beam and column sections at all levels, and hence proposes some design charts for the prediction of sway that eliminate the need for doing any numerical modelling. Schueller's equation has also been modified to incorporate connection flexibility in addition to its original rigid frame considerations. All the proposed methods have been validated using results obtained from numerical analysis.
Shallan, Osman;Maaly, Hassan M.;Sagiroglu, Merve;Hamdy, Osman
Structural Engineering and Mechanics
/
제70권2호
/
pp.221-231
/
2019
This paper performs for the first time a simultaneous optimization for members sections along with semi-rigid beam-to-column connections for space steel frames with fixed, semi-rigid, and hinged bases using a biogeography-based optimization algorithm (BBO) and a genetic algorithm (GA). Furthermore, a member's sections optimization for a fully fixed space frame is carried out. A real and accurate simulation of semi-rigid connection behavior is considered in this study, where the semi-rigid base connections are simulated using Kanvinde and Grilli (2012) nonlinear model, which considers deformations in different base connection components under the applied loads, while beam-to-column connections are modeled using the familiar Frye and Morris (1975) nonlinear polynomial model. Moreover, the $P-{\Delta}$ effect and geometric nonlinearity are considered. AISC-LRFD (2016) specification constraints of the stress and displacement are considered as well as section size fitting constraints. The optimization is applied to two benchmark space frame examples to inspect the effect of semi-rigidity on frame weight and drift using BBO and GA algorithms.
This paper deals with the dynamic behaviour of cold-formed steel hollow frames with different connection stiffnesses. An analytical model of a semi-rigid frame was developed to study the influence of connection stiffnesses on the fundamental frequency and dynamic response of the frames. The flexibilities of the connections are modeled by rotational springs. Neglect of semi-rigidity leads to an artificial stiffening of frames resulting in shorter fundamental period, which in turn results in a significant error in the evaluation of dynamic loads. In the seismic design of structures, of all the principal modes, the fundamental mode of translational vibration is the most critical. Hence, experiments were conducted to study the influence of the connection stiffnesses on the fundamental mode of translational vibration of the steel hollow frames. From the experimental study it was found that the fundamental frequency of the frames lie in the semi-rigid region. From the theoretical investigation it was found that the flexibly connected frames subjected to lateral loads exhibit larger deflection as compared to rigidly connected frames.
Attempts were made to analyze the behavior of single and multiple-bolted connections through theoretical methods such as European yield theory, empirical approaching method, and semi-rigid theory instead of many experimental methods that have been actually inefficient and non-economical. In the case of a single-bolted connection, if accurate characteristic values of a material could be guaranteed, it would be more convenient and economical to perform the behavior analysis using a model based on the semi-rigid theory, instead of the existing complex yield model, or the empirical formula which produces errors, giving different results from the actual ones. If the variables of equation determining the load and deformation could be appropriately controlled, the analytical method in conjunction with a semi-rigid theory could be effectively applied to obtain the desirably predicted value, considering that the appropriate solution could be derived through a simpler equation using a less difficult method compared to the existing yield model. It is concluded that analytical method with semi-rigid theory can be used in the behavior analysis of bolted connection because our developed method showed excellent analysis ability of behavior until number of bolt is two. Although our analytical method has the disadvantage that the number of bolt is limited to two, it is concluded that it has the advantage than numerical method which complicated and time-consuming.
The Big Bang-Big Crunch (BB-BC) optimization algorithm is developed for optimal design of non-linear steel frames with semi-rigid beam-to-column connections. The design algorithm obtains the minimum total cost which comprises total member plus connection costs by selecting suitable sections. Displacement and stress constraints together with the geometry constraints are imposed on the frame in the optimum design procedure. In addition, non-linear analyses considering the P-${\Delta}$ effects of beam-column members are performed during the optimization process. Three design examples with various types of connections are presented and the results show the efficiency of using semi-rigid connection models in comparing to rigid connections. The obtained optimum semi-rigid frames are more economical solutions and lead to more realistic predictions of response and strength of the structure.
본 연구에서는 반강접 접합부 배치에 따른 구조물 거동특성을 파악하기 위하여 KBC2005 건축구조설계기준으로 비가새 5층 철골 구조물을 설계하여 모든 접합부를 완전 강접합부과 반강접 접합부로 이상화한 경우 그리고 반강접 접합부를 수직배치 및 수평배치한 경우에 대하여 푸쉬오버 구조해석을 실시하였다. 철골 보 및 기둥의 모멘트-곡률관계는 화이버모델을 이용하여 확인하였으며 반강접 접합부의 모멘트-회전각 관계는 3-매개변수 파워모델을 이용하여 나타내었다. KBC2005 등가정적횡하중을 받는 2차원 구조물에 대한 푸쉬오버 구조해석을 실시하여 지붕충변위, 밑면전단력, 접합부 요구연성도, 소성힌지 발생순서 그리고 초과강도계수, 연성계수, 반응수정계수와 같은 설계계수 등을 확인하였다. 반강접 접합부를 부분적으로 사용하면 모든 접합부에 반강접 접합부를 사용한 골조 보다 큰 강도 및 강성도를 확보 할 수 있었고 모든 접합부에 강접 접합부를 사용한 골조 보다 큰 연성능력을 확보할 수 있었다. 초과강도계수는 기준과 비슷하였지만 반응수정계수는 기준 보다 훨씬 큰 값을 보였다. TSD 접합부는 예제 구조물에서 경제성과 안전성을 확보할 수 있음을 확인할 수 있었다.
A method is presented in this paper to analyze the dynamic response behavior of suspended building structures. The effect of semi-rigid connections that link suspended floors with their supporting structure on structural performance is investigated. The connections, like the restrains in non-structural suspended components, are designed as semi-rigid to avoid pounding and as energy dissipation components to reduce structural response. Parametric study is conducted to assess the dynamic characteristics of suspended building structures with varying connection stiffness and suspended mass ratios. Modal analysis is applied to identify the two distinct sets of vibration modes, pendulum and bearing, of a suspended building structure. The cumulative modal mass is discussed to ensure the accuracy in applying the method of response spectrum analysis by SRSS or CQC modal combination. Case studies indicate that a suspended building having semi-rigid connections and proper suspended mass ratios can avoid local pounding failure and reduce seismic response.
본 웹사이트에 게시된 이메일 주소가 전자우편 수집 프로그램이나
그 밖의 기술적 장치를 이용하여 무단으로 수집되는 것을 거부하며,
이를 위반시 정보통신망법에 의해 형사 처벌됨을 유념하시기 바랍니다.
[게시일 2004년 10월 1일]
이용약관
제 1 장 총칙
제 1 조 (목적)
이 이용약관은 KoreaScience 홈페이지(이하 “당 사이트”)에서 제공하는 인터넷 서비스(이하 '서비스')의 가입조건 및 이용에 관한 제반 사항과 기타 필요한 사항을 구체적으로 규정함을 목적으로 합니다.
제 2 조 (용어의 정의)
① "이용자"라 함은 당 사이트에 접속하여 이 약관에 따라 당 사이트가 제공하는 서비스를 받는 회원 및 비회원을
말합니다.
② "회원"이라 함은 서비스를 이용하기 위하여 당 사이트에 개인정보를 제공하여 아이디(ID)와 비밀번호를 부여
받은 자를 말합니다.
③ "회원 아이디(ID)"라 함은 회원의 식별 및 서비스 이용을 위하여 자신이 선정한 문자 및 숫자의 조합을
말합니다.
④ "비밀번호(패스워드)"라 함은 회원이 자신의 비밀보호를 위하여 선정한 문자 및 숫자의 조합을 말합니다.
제 3 조 (이용약관의 효력 및 변경)
① 이 약관은 당 사이트에 게시하거나 기타의 방법으로 회원에게 공지함으로써 효력이 발생합니다.
② 당 사이트는 이 약관을 개정할 경우에 적용일자 및 개정사유를 명시하여 현행 약관과 함께 당 사이트의
초기화면에 그 적용일자 7일 이전부터 적용일자 전일까지 공지합니다. 다만, 회원에게 불리하게 약관내용을
변경하는 경우에는 최소한 30일 이상의 사전 유예기간을 두고 공지합니다. 이 경우 당 사이트는 개정 전
내용과 개정 후 내용을 명확하게 비교하여 이용자가 알기 쉽도록 표시합니다.
제 4 조(약관 외 준칙)
① 이 약관은 당 사이트가 제공하는 서비스에 관한 이용안내와 함께 적용됩니다.
② 이 약관에 명시되지 아니한 사항은 관계법령의 규정이 적용됩니다.
제 2 장 이용계약의 체결
제 5 조 (이용계약의 성립 등)
① 이용계약은 이용고객이 당 사이트가 정한 약관에 「동의합니다」를 선택하고, 당 사이트가 정한
온라인신청양식을 작성하여 서비스 이용을 신청한 후, 당 사이트가 이를 승낙함으로써 성립합니다.
② 제1항의 승낙은 당 사이트가 제공하는 과학기술정보검색, 맞춤정보, 서지정보 등 다른 서비스의 이용승낙을
포함합니다.
제 6 조 (회원가입)
서비스를 이용하고자 하는 고객은 당 사이트에서 정한 회원가입양식에 개인정보를 기재하여 가입을 하여야 합니다.
제 7 조 (개인정보의 보호 및 사용)
당 사이트는 관계법령이 정하는 바에 따라 회원 등록정보를 포함한 회원의 개인정보를 보호하기 위해 노력합니다. 회원 개인정보의 보호 및 사용에 대해서는 관련법령 및 당 사이트의 개인정보 보호정책이 적용됩니다.
제 8 조 (이용 신청의 승낙과 제한)
① 당 사이트는 제6조의 규정에 의한 이용신청고객에 대하여 서비스 이용을 승낙합니다.
② 당 사이트는 아래사항에 해당하는 경우에 대해서 승낙하지 아니 합니다.
- 이용계약 신청서의 내용을 허위로 기재한 경우
- 기타 규정한 제반사항을 위반하며 신청하는 경우
제 9 조 (회원 ID 부여 및 변경 등)
① 당 사이트는 이용고객에 대하여 약관에 정하는 바에 따라 자신이 선정한 회원 ID를 부여합니다.
② 회원 ID는 원칙적으로 변경이 불가하며 부득이한 사유로 인하여 변경 하고자 하는 경우에는 해당 ID를
해지하고 재가입해야 합니다.
③ 기타 회원 개인정보 관리 및 변경 등에 관한 사항은 서비스별 안내에 정하는 바에 의합니다.
제 3 장 계약 당사자의 의무
제 10 조 (KISTI의 의무)
① 당 사이트는 이용고객이 희망한 서비스 제공 개시일에 특별한 사정이 없는 한 서비스를 이용할 수 있도록
하여야 합니다.
② 당 사이트는 개인정보 보호를 위해 보안시스템을 구축하며 개인정보 보호정책을 공시하고 준수합니다.
③ 당 사이트는 회원으로부터 제기되는 의견이나 불만이 정당하다고 객관적으로 인정될 경우에는 적절한 절차를
거쳐 즉시 처리하여야 합니다. 다만, 즉시 처리가 곤란한 경우는 회원에게 그 사유와 처리일정을 통보하여야
합니다.
제 11 조 (회원의 의무)
① 이용자는 회원가입 신청 또는 회원정보 변경 시 실명으로 모든 사항을 사실에 근거하여 작성하여야 하며,
허위 또는 타인의 정보를 등록할 경우 일체의 권리를 주장할 수 없습니다.
② 당 사이트가 관계법령 및 개인정보 보호정책에 의거하여 그 책임을 지는 경우를 제외하고 회원에게 부여된
ID의 비밀번호 관리소홀, 부정사용에 의하여 발생하는 모든 결과에 대한 책임은 회원에게 있습니다.
③ 회원은 당 사이트 및 제 3자의 지적 재산권을 침해해서는 안 됩니다.
제 4 장 서비스의 이용
제 12 조 (서비스 이용 시간)
① 서비스 이용은 당 사이트의 업무상 또는 기술상 특별한 지장이 없는 한 연중무휴, 1일 24시간 운영을
원칙으로 합니다. 단, 당 사이트는 시스템 정기점검, 증설 및 교체를 위해 당 사이트가 정한 날이나 시간에
서비스를 일시 중단할 수 있으며, 예정되어 있는 작업으로 인한 서비스 일시중단은 당 사이트 홈페이지를
통해 사전에 공지합니다.
② 당 사이트는 서비스를 특정범위로 분할하여 각 범위별로 이용가능시간을 별도로 지정할 수 있습니다. 다만
이 경우 그 내용을 공지합니다.
제 13 조 (홈페이지 저작권)
① NDSL에서 제공하는 모든 저작물의 저작권은 원저작자에게 있으며, KISTI는 복제/배포/전송권을 확보하고
있습니다.
② NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 상업적 및 기타 영리목적으로 복제/배포/전송할 경우 사전에 KISTI의 허락을
받아야 합니다.
③ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 보도, 비평, 교육, 연구 등을 위하여 정당한 범위 안에서 공정한 관행에
합치되게 인용할 수 있습니다.
④ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 무단 복제, 전송, 배포 기타 저작권법에 위반되는 방법으로 이용할 경우
저작권법 제136조에 따라 5년 이하의 징역 또는 5천만 원 이하의 벌금에 처해질 수 있습니다.
제 14 조 (유료서비스)
① 당 사이트 및 협력기관이 정한 유료서비스(원문복사 등)는 별도로 정해진 바에 따르며, 변경사항은 시행 전에
당 사이트 홈페이지를 통하여 회원에게 공지합니다.
② 유료서비스를 이용하려는 회원은 정해진 요금체계에 따라 요금을 납부해야 합니다.
제 5 장 계약 해지 및 이용 제한
제 15 조 (계약 해지)
회원이 이용계약을 해지하고자 하는 때에는 [가입해지] 메뉴를 이용해 직접 해지해야 합니다.
제 16 조 (서비스 이용제한)
① 당 사이트는 회원이 서비스 이용내용에 있어서 본 약관 제 11조 내용을 위반하거나, 다음 각 호에 해당하는
경우 서비스 이용을 제한할 수 있습니다.
- 2년 이상 서비스를 이용한 적이 없는 경우
- 기타 정상적인 서비스 운영에 방해가 될 경우
② 상기 이용제한 규정에 따라 서비스를 이용하는 회원에게 서비스 이용에 대하여 별도 공지 없이 서비스 이용의
일시정지, 이용계약 해지 할 수 있습니다.
제 17 조 (전자우편주소 수집 금지)
회원은 전자우편주소 추출기 등을 이용하여 전자우편주소를 수집 또는 제3자에게 제공할 수 없습니다.
제 6 장 손해배상 및 기타사항
제 18 조 (손해배상)
당 사이트는 무료로 제공되는 서비스와 관련하여 회원에게 어떠한 손해가 발생하더라도 당 사이트가 고의 또는 과실로 인한 손해발생을 제외하고는 이에 대하여 책임을 부담하지 아니합니다.
제 19 조 (관할 법원)
서비스 이용으로 발생한 분쟁에 대해 소송이 제기되는 경우 민사 소송법상의 관할 법원에 제기합니다.
[부 칙]
1. (시행일) 이 약관은 2016년 9월 5일부터 적용되며, 종전 약관은 본 약관으로 대체되며, 개정된 약관의 적용일 이전 가입자도 개정된 약관의 적용을 받습니다.