Seismic analysis for steel frame structure with brace configuration using topology optimization based on truss-like material model is studied. The initial design domain for topology optimization is determined according to original steel frame structure and filled with truss-like members. Hence the initial truss-like continuum is established. The densities and orientation of truss-like members at any point are taken as design variables in finite element analysis. The topology optimization problem of least-weight truss-like continuum with stress constraints is solved. The orientations and densities of members in truss-like continuum are optimized and updated by fully-stressed criterion in every iteration. The optimized truss-like continuum is founded after finite element analysis is finished. The optimal bracing system is established based on optimized truss-like continuum without numerical instability. Seismic performance for steel frame structures is derived using dynamic time-history analysis. A numerical example shows the advantage for frame structures with brace configuration using topology optimization in seismic performance.
Kim, Young-Chun;Yoo, Hyun-Dong;Choi, Woo-Jong;Jeong, Sang-Moo;Kang, Myung-Sik
Journal of the Korea Safety Management & Science
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v.15
no.3
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pp.29-35
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2013
The research is to verify by experiments whether the steel truss structure is able to withstand the load of cement bricks of upper part of a door for the safe use of lightweight steel truss structure instead of concrete lintel which is to be installed at upper part of door frame in building cement bricks for apartment construction. The steel truss is designed in order not to disturb bricks-building and the shape of structure was verified by bending test. According to experiments result, camber was applied to steel structure that enabled construction work to be improved and was proved effective for the prevention of accidents by cement bricks-building load test.
Topology optimization of steel and concrete composite based on truss-like material model is studied in this paper. First, the initial design domain is filled with concrete, and the steel is distributed in it. The problem of topology optimization is to minimize the volume of steel material and solved by full stress method. Then the optimized steel and concrete composite truss-like continuum is obtained. Finally, the distribution of steel material is determined based on the optimized truss-like continuum. Several numerical results indicate the numerical instability and rough boundary are settled. And more details of manufacture and construction can be presented based on the truss-like material model. Hence, the truss-like material model of steel and concrete is efficient to establish the distribution of steel material in concrete.
The goal of this study is to present numerical modeling and analytical testing in order to evaluate an innovative space truss typed temporary structure, which is used to maintenance and repair of road tunnels. The present space truss structure has merits to use UL-700 high strength steel tube as members and to carry out maintenance and repair works of road tunnels without blocking cars and transportations. Numerical modeling and analytical testing of the space truss are investigated by using commercial engineering software, i.e., ABAQUS 6.5-1, and then it is verified that the truss structure has both structural safety and effective function for maintenances and repairs of road tunnels.
A truss is a structure in which the members are connected and arranged such that they are primarily subjected to axial loading. A truss has the advantage that it can be used for a longer span because the structure distributes the applied force to its members well, and the load is transmitted only in the axial direction of the members. Trusses manufactured using timber have more advantages than those made of other materials. In this study, the properties of parallel chord trusses composed of timber chord and steel-web members were evaluated. We constructed truss specimens with various lengths by using upper and lower chords of 2 × 4 inch spruce-pine-fir lumber and steel-web members manufactured by S and P companies. The specimens were tested in accordance with KS F 2150. The test results showed that the load at the deflection limit and the deflection limit itself increased from L/180 to L/360 regardless of the length of the specimens. For specimens of the same length, the load at the deflection limit increased as the height of the parallel timber chord truss specimens increased from 200 to 300 mm. Successive installations of the steel-web members (SST) showed almost 2 times the load at each deflection limit compared to that of SAT specimens (alternate installation of the steel-web members). When comparing the three load-deflection limits in terms of the manufacturer of the steel-web members, the load at each deflection limit for SST specimens was higher than that for PST specimens.
An external prestressed steel-bar truss unit was developed as a new strengthening technology to enhance the seismic performance of an in-plane masonry wall structure while taking advantage of the benefits of a prestressed system. The presented method consists of six steel bars: two prestressed vertical bars to introduce a prestressing force on the masonry wall, two diagonal bars to resist shear deformation, and two horizontal bars to maintain the configuration. To evaluate the effects of this new technique, four full-scale specimens, including a control specimen, were tested under combined loadings that included constant-gravity axial loads and cyclic lateral loads. The experimental results were analyzed in terms of the shear strength, initial stiffness, dissipated energy, and strain history. The efficiency of the external prestressed steel-bar truss unit was validated. In particular, a retrofitted specimen with an axial load level of 0.024 exhibited a more stable post behavior and higher energy dissipation than a control specimen with an observed complete sliding failure. The four vertical bars of the adjacent retrofitting units created a virtual column, and their strain values did not change until they reached the peak shear strength. The shear capacity of the masonry wall structure with external prestressed steel-bar truss units could be predicted using the model suggested by Yang et al.
Kwon, Young Bong;Kang, Sueng Won;Chung, Hyun Suk;Choi, Young Hyun
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.15
no.5
s.66
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pp.519-529
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2003
In recent years, the use of cold-formed steel roof truss has been increased in the steel houses and high-rise apartments. The design of the roof truss anchor connections has been based on the experience and decision of designers. In this paper, the structural behavior of anchor connections based on experimental and decision is described. In the tests, truss members and connection members were jointed directly with self-drilling screw fasteners and the simple shaped connection member with excellent workability and structural capacity was used to connect roof truss and sub-structure. The connecting method was selected according to the construction material of sub-structure: chemical anchor for reinforced concrete structure and welding or DX-Pin for steel structures. The pull-out tests of various type anchor connection were executed to obtain the strength and the stiffness and the result have been compared with AISI(1996) and AlSC(1989) specifications, Simple formulas for the shear strength of screw connections have been propose and compared with tests.
Kim, In-Ho;Lee, Hee-Su;Park, Sung-Yong;Kim, Jong-Soo
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.14
no.2
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pp.69-78
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2014
The purpose of this study is to increase applicability of high strength steel, HSA800 to the structure. Selected study of structure is to consider high strength steel, and following parts, 1) Tensile member with no consider of buckling, 2) Truss existing both tension and compression members with small slenderness ratio. This studied structure is included tension column hang on to the upper bridge truss. The structure element quantity with apply HSA800 instead of SM570 is reduced about 38.9% of tension column and 29.7% of bridge truss. In addition, the number of element's division is reduced about two sections due to reduction of self weight that the crane is able to lift up. This improves to reduce erection sequence and construction period which can save about a month. All connections are reviewed as welding and bolt. Also, the cost of welding is reduced about 41.3% due to apply HSA800. In conclusion, applying HSA800 to the hanging structure aggressively can secure economic and constructability.
This paper presents the experimental investigations on the seismic performance of a peculiar steel-concrete vertical hybrid structural system referred to as steel truss-RC tubular column hybrid structure. It is typically applied as the supporting structural system to house air-cooled condensers in thermal power plants (TPPs). Firstly, pseudo-dynamic tests (PDTs) are performed on a scaled substructure to investigate the seismic performance of this hybrid structure under different hazard levels. The deformation performance, deterioration behavior and energy dissipation characteristics are analyzed. Then, a cyclic loading test is conducted after the final loading case of PDTs to verify the ultimate seismic resistant capacity of this hybrid structure. Finally, the failure mechanism is discussed through mechanical analysis based on the test results. The research results indicate that the steel truss-RC tubular column hybrid structure is an anti-seismic structural system with single-fortification line. RC tubular columns are the main energy dissipated components. The truss-to-column connections are the structural weak parts. In general, it has good ductile performance to satisfy the seismic design requirements in high-intensity earthquake regions.
Aim of this paper is to apply to a steel truss bridge a methodology that takes into account the consequences of extreme loads on structures, focusing on the influence that the loss of primary elements has on the structural load bearing capacity. In this context, the topic of structural robustness, intended as the capacity of a structure to withstand damages without suffering disproportionate response to the triggering causes while maintaining an assigned level of performance, becomes relevant. In the first part of this study, a brief literature review of the topics of structural robustness, collapse resistance and progressive collapse takes place, focusing on steel structures. In the second part, a procedure for the evaluation of the structural response and robustness of skeletal structures under impact loads is presented and tested in simple structures. Following that, an application focuses on a case study bridge, the extensively studied I-35W Minneapolis steel truss bridge. The bridge, which had a structural design particularly sensitive to extreme loads, recently collapsed for a series of other reasons, in part still under investigation. The applied method aims, in addition to the robustness assessment, at increasing the collapse resistance of the structure by testing alternative designs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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