The analysis and design of skeletal structures is greatly influenced by the behaviour of beam-to-column connections, where patented designs have led to a wide range of types with differing structural quantities. The behaviour of beam-to-column connections plays an important role in the analysis and design of framed structures. This paper presents an overview of the influence of connection behaviour on structural stability, in the in-plane (bending) mode of sway. A computer-based method is presented for geometrically nonlinear plane frames with semi-rigid connections accounting for shear deformations. The analytical procedure employs transcendental modified stability functions to model the effect of axial force on the stiffness of members. The member stiffness matrix were found. The critical load has been searched as a suitable load parameter for the loss of stability of the system. Several examples are presented to demonstrate the validity of the analysis procedure. The method is readily implemented on a computer using matrix structural analysis techniques and is applicable for the efficient nonlinear analysis of frameworks. Combined with a parametric column effective length study, connection and frame stiffness are used to propose a method for the analysis of semi-rigid frames where column effective lengths are greatly reduced and second order (deflection induced) bending moments in the column may be distributed via the connectors to the beams, leading to significant economies.
Recently, studies on semi-rigid beam-to-column connections have been done to develop a T-stub element with separators between column face and T-stub flange. In this paper, inelastic analyses for the improved T-stub element are performed, and their results are compared with existing experimental results. The inelastic analyses using gap elements between column face and the separator, and initial stresses at the high-tension bolts result in good agreement with experimental results. Simplified design methods estimating the initial stiffness and the strength of the semi-rigid connection for compression force are proposed.
The optimization of the direct design system of semi-rigid steel frames using advanced analysis and genetic algorithm was presented. Advanced analysis can predict the combined nonlinear effects of connection, geometry, and material on the behavior and strength of semi-rigid frames. Geometric nonlinearity was determined using stability functions. On the other hand, material nonlinearity was determined using the Column Research Council (CRC) tangent modulus and parabolic function. The Kishi-Chen power model was used to describe the nonlinear behavior of semi-rigid connections. The genetic algorithm was used as the optimization technique. The objective function was assumed as the weight of the steel frame, with the constraint functions accounting for load-carrying capacities, deflections, inter-story drifts and ductility requirement. Member sizes determined by the proposed method were compared with those derived using the conventional method.
This paper proposes a developed optimization model for steel frames with semi-rigid beam-to-column connections and fixed bases using teaching-learning-based optimization (TLBO) and genetic algorithm (GA) techniques. This method uses rotational deformations of frame members ends as an optimization variable to simultaneously obtain the optimum cross-sections and the most suitable beam-to-column connection type. The total cost of members plus connections cost of the frame are minimized. Frye and Morris (1975) polynomial model is used for modeling nonlinearity of semi-rigid connections, and the $P-{\Delta}$ effect and geometric nonlinearity are considered through a stepped analysis process. The stress and displacement constraints of AISC-LRFD (2016) specifications, along with size fitting constraints, are considered in the design procedure. The developed model is applied to three benchmark steel frames, and the results are compared with previous literature results. The comparisons show that developed model using both LTBO and GA achieves better results than previous approaches in the literature.
Zhu, Yan Fei;Chen, Chang Hong;Yao, Yao;Keer, Leon M.;Huang, Ying
Steel and Composite Structures
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v.28
no.2
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pp.209-221
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2018
An empirical and efficient method is presented for calculating the dynamic increase factor to amplify the applied loads on the affected bays of a steel frame structure with semi-rigid connections. The nonlinear static alternate path analysis is used to evaluate the dynamic responses. First, the polynomial models of the extended end plate and the top and seat connection are modified, and the proposed polynomial model of the flush end plate connection shows good agreement as compared with experimental results. Next, a beam model with nonlinear spring elements and plastic hinges is utilized to incorporate the combined effect of connection flexibility and material nonlinearity. A new step-by-step analysis procedure is established to obtain quickly the dynamic increase factor based on a combination of the pushdown analysis and nonlinear dynamic analysis. Finally, the modified dynamic increase factor equation, defined as a function of the maximum ratio value of energy demand to energy capacity of an affected beam, is derived by curve fitting data points generated by the different analysis cases with different column removal scenarios and five types of semi-rigid connections.
Kim, Seong-Sik;Kwak, Kyoung-Ho;Ko, Ching-Chang;Park, Soo-Byung;Son, Woo-Sung;Kim, Yong-Il
The korean journal of orthodontics
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v.46
no.6
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pp.372-378
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2016
Objective: The purpose of the present study was to evaluate the postoperative three-dimensional (3D) changes in the proximal segments after mandibular setback sagittal split ramus osteotomy and to compare the changes between the conventional mini-plate fixation and semi-rigid sliding plate fixation. Methods: Cone-beam computed tomography (CBCT) images were used to evaluate the postoperative 3D changes in the proximal segments during the healing process. CBCT images were superimposed using the symphysis and the lower anterior mandible as references. Results: There were no statistically significant differences between the conventional mini-plate and semi-rigid sliding plate groups (p > 0.05). With respect to the distribution of changes greater than 2 mm in the landmarks, the right condylion, right coronoid process, and left condylion showed ratios of 55.6%, 50.0%, and 44.4%, respectively, in the semi-rigid sliding plate group; however, none of the landmarks showed ratios greater than 30% in the conventional mini-plate group. Conclusions: There were no statistically significant differences in postoperative changes in the segments between the conventional mini-plate and semi-rigid sliding plate groups. Nevertheless, while selecting the type of fixation technique, clinicians should consider that landmarks with greater than 2 mm changes were higher in the semi-rigid sliding plate group than in the conventional mini-plate group.
The use of semi-rigid joints can be considered in the beam-to-column connections of buildings. The advantages of semi-rigid joints can be found in the convenience of construction and the ability of effective moment distribution of members. This study is a basic step to acertain the application of middle high rise buildings by using reformed T-stub, of which rotation capacity is thought to be excellent compared with that of existing T-stubs. The tests of tensile and compressive elements of reformed T-stubs were performed to investigate the behavior of reformed T-stubs. The beam-to-column connections using reformed T-stubs are tested under monotonic loading. The structural behaviors of reformed T-stubs were understood qualitatively and the possibility of application of semi-rigid connections with reformed T-stub was acertained.
Most of the existing evaluation criteria of vibration serviceability rely on the peak acceleration of the structure rather than that of the people keeping their own body unmoved on the structure who is the real receiver of structural vibrations. In order to accurately assess the vibration serviceability, therefore, a full path assessment approach of vibration serviceability based on vibration source, path and receiver is not only tentatively proposed in this paper, taking the peak acceleration of receiver into account, but also introduce a probability procedure to provide more instructive information instead of a single value. In fact, semi-rigid supported on both sides of the structure is more consistent with the actual situation than simply supported or clamped due to the application of the prefabricated footbridge structures. So, the footbridge is regarded as a beam with semi-rigid supported on both sides in this paper. The differential quadrature-integral quadrature coupled method is not only to handle different type of boundary conditions, but also after being further modified via the introduction of an approximation procedure in this work, the time-varying system problem caused by human-structure interaction can be solved well. The analytical results of numerical simulations demonstrate that the modified differential quadrature-integral quadrature coupled method has higher reliability and accuracy compared with the mode superposition method. What's more, both of the two different passive control measures, the tuned mass damper and semi-rigid supported, have good performance for reducing vibrations. Most importantly, semi-rigid supported is easier to achieve the objective of reducing vibration compared with tuned mass damper in design stage of structure.
If semi-rigid connections are used for superstructures of very large floating structures (VLFS), the number of rigid connections can be reduced and more economical construction will be possible. In this study, considering service load and wave load in VLFS, the applicability of mixed use of rigid and semi-rigid connections have been studied using three types of connections for a four-bay eight-story frame. Three types of connections are used; top and seat-angle connections with double web-angle(TSD), extended end plate connections, steel tubular column with square external-diaphragm connections. ABAQUS(Finite element analysis program) is used for conducting second order elastic analysis.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1997.04a
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pp.777-781
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1997
In this study, the effect of strain-rate and inital solid fraction on the deformation behaviour of semi-solid material is investigated, when semi-solid forging is performed by the process of closed-die compression using A356 alloy of which the above results can be practically applied for industrical purpose. In order to simulate densification in the deformation of semi-solid material, the semi-solid material is assumed to be composed of solid region following rigid visco-plastic material, the liquid region following Darcy's law for the liquid flow saturated in the interstitial space. Simulation results of closed-die compression and simple upsetting under different strain-rate and initial solid fraction are compared.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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