Liu, Yongjian;Xiong, Zhihua;Feng, Yuncheng;Jiang, Lei
Steel and Composite Structures
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v.24
no.4
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pp.455-465
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2017
This paper presents a series of ultimate and fatigue experimental investigation on concrete-filled rectangular hollow section (CRHS) X joints with Perfobond Leister rib (PBR) under tension. A total of 15 specimens were fabricated, in which 12 specimens were tested under ultimate tension and 3 specimens were investigated in fatigue test. Different parameters including PBR stiffening, brace-to-chord ratio (${\beta}$) and inclined angle (${\theta}$) were considered in the test. Each joint was tested to failure under tension load. Obtained from test result, PBR was found to improve the tension strength and fatigue durability of CRHS joint substantially. Concrete dowel consisted by PBR and concrete inside the chord stiffened the joint, which leaded to a combination failure mode of punching shear and chord plastification of CRHS joint under tension. Finite element analysis validated the compound failure mode. Stress concentration on typical spot of CRHS joint was mitigated by PBR which was observed from fatigue test. Initial fatigue crack presented in CRHS joint with PBR also differentiated with the counterpart without PBR.
To make direct comparisons regarding the cyclic behavior of thin steel plate shear walls (TSPSWs) with different infill-to-boundary frame connections, two TSPSWs were tested under quasi-static conditions, one having the infill plate attached to the boundary frame members on all edges and the other having the infill plate connected only to the beams. Also, the bare frame that was used in the TSPSW specimens was tested to provide data for the calibration of numerical models. The connection of infill plates to surrounding frames was achieved through the use of self-drilling screws to fish plates that were welded to the frame members. The behavior of TSPSW specimens are compared and discussed with emphasis on the characteristics important in seismic response, including the initial stiffness, ultimate strength and deformation modes observed during the tests. It is shown that TSPSW specimens achieve significant ductility and energy dissipation while the ultimate failure mode resulted from infill plate fracture at the net section of the infill plate-to-boundary frame connection after substantial infill plate yielding. Experimental results are compared to monotonic pushover predictions from computer analysis using strip models and the models are found to be capable of approximating the monotonic behavior of the TSPSW specimens.
To investigate the load bearing capacity of axially preloaded circular hollow section (CHS) stub columns strengthened by carbon fiber reinforced polymer (CFRP), theoretical analysis is carried out. The yield strength and the ultimate strength of a CFRP strengthened preloaded CHS stub column are determined at the yielding of the CHS tube and at the CFRP fracture, respectively. Theoretical models are proposed and corresponding equations for calculating the static strengths, including the yield strength and the ultimate strength, are presented. Through comparison with reported experimental results, the theoretical predictions on the static strengths are proved to be accurate. Through finite element (FE) analyses, parametric studies for 258 models of CFRP strengthened preloaded CHS stub columns are conducted by considering different values of tube diameter, tube thickness, CFRP layer and preloading level. The static strengths of the 258 models predicted from presented equations are proved to be in good agreement with FE simulations when the diameter-to-thickness ratio is less than 90ε2. The parametric study indicates that the diameter and the thickness of the steel tube have great effects on CFRP strengthening efficiency, and the recommended ranges of the diameter and the thickness are proposed.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.2A
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pp.269-279
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2008
In this study, the ultimate strengths of 229 simply supported reinforced concrete deep beams tested to shear failure were evaluated by the ACI 318-05's strut-tie model approach implemented with the presented indeterminate strut-tie model and its load distribution ratio. The ultimate strengths of the deep beams were also estimated by the experimental shear equations, design codes that were based on experimental and theoretical shear strength models, and current strut-tie model design codes. The validity of the present strut-tie model and its load distribution ratio was examined through the comparison of the strength analysis results classified according to the prime design variables of the shear span-to-effective depth ratio, flexural reinforcement ratio, and compressive strength of concrete.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.2A
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pp.391-399
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2006
Plate girders with variable depths have been often used at piers considering not only the economy but also an aesthetic aspect. Tapered plate girders exhibit more complicated behaviors than prismatic girders especially under shear. However, a comprehensive design method for the determination of the shear strength has yet to be developed mainly due to lack of study. In this study, investigated is the buckling and ultimate behaviors of tapered plate girders subjected to shear through finite element analyses. From the analysis results, a simple design formula is suggested for the evaluation of the shear strength of tapered plate girders.
Seungyeon Lee;Seunghoon Seo;Seungjun Kim;Chulsang Yoo;Goangseup Zi
Computers and Concrete
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v.33
no.5
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pp.509-518
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2024
In this study, we investigated the effect of shear-key placement on the performance of grouted connections in offshore wind-turbine structures. Considering the challenges of height control during installation, we designed and analyzed three grouted connection configurations. We compared the crack patterns and strain distribution in the shear keys under axial loading. The results indicate that the misalignment of shear keys significantly influences the ultimate load capacity of grouted connections. Notably, when the shear keys were positioned facing each other, the ultimate load decreased by approximately 15%, accompanied by the propagation of irregular cracks in the upper shear keys. Furthermore, the model with 50% misalignment in the shear-key placement exhibited the highest ultimate strength, indicating a more efficient load resistance than the reference model. This indicates that tensile-load-induced cracking and the formation of compressive struts in opposite directions significantly affect the structural integrity of grouted connections. These results demonstrate the importance of considering buckling effects in the design of grouted connections, particularly given the thin and slender nature of the inner sleeves. This study provides valuable insights into the design and analysis of offshore wind-turbine structures, highlighting the need for refined design formulas that account for shifts in shear-key placement and their structural implications.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.12
no.1
s.24
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pp.67-74
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2006
The ship plating is generally subjected to combined in-plane load and lateral pressure loads. In-plane loads include axial load and edge shear, which are mainly induced by overall hull girder bending and torsion rf the vessel. Lateral pressure is due to water pressure and cargo. These load components are not always applied simultaneously, but more than one can normally exist and interact. Hence, for more rational and safe design rf ship structures, it is of crucial importance to better understand the interaction relationship of the buckling and ultimate strength for ship plating under combined loads. Actual ship plates are subjected to relatively small water pressure except for the impact load due to slamming and panting etc. The present paper describes an accurate and fast procedure for analyzing the elastic-plastic large deflection behavior up to the ultimate limit state of ship plates under combined loads. In this paper, the ultimate strength characteristics of plates under axial compressive loads and lateral pressure loads are investigated secondary buckling behavior through ANSYS elastic-plastic large deflection finite element analysis with varying lateral pressure load level.
Numerical study using nonlinear finite element analysis is done for investigating behavior of isolated reinforced concrete walls subject to combined in-plane and out-of-plane bending moments and axial force. A method for estimating the ultimate strength of wall is developed, based on the analytical results. For the nonlinear finite element analysis, a computer program addressing material and geometric nonlinearities is developed. An existing unified method combining plasticity theory and damage model is used for material model of reinforced concrete. By numerical studies, the internal force distribution in the cross section is idealized, and a new method for estimating the ultimate strength of wall is developed. According to the proposed method, variation of the interaction curve of in-plane bending moment and axial force depends on the range of the permissible axial force per unit length that is determined by the given amount of out-of-plane bending moment. As the out-of-plane bending moment increases, the interaction curve shrinks, which indicates a decrease in the ultimate strength. The proposed method is compared with an existing method using the general assumption that strain shall be directly proportional to the distance from the neutral axis. Compared with the proposed method, the existing method overestimates the ultimate strength for walls subject to low out-of-plane bending moments, and it underestimates the ultimate strength for walls subject to high out-of-plane bending moments.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.10
no.2
s.21
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pp.35-39
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2004
Ship structures are basically an assembly of plate elements and the load-carrying capacity or the ultimate strength is one of the most important criteria for safety assessment and economic design. Also, Structural elements making up ship plated structures do not work separately, resulting in high degree of redundancy and complexity, in contrast to those of steel framed structures. To enable the behavior of such structures to be analyzed simplifications or idealizations must essentially be made considering the accuracy needed and the degree of complexity of the analysis to be used On this study, to investigate effect of modeling range, the finite element method are used and their results are compared varying the analysis ranges. The model has been selected from bottom panels of merchant ship structures. For FHA, three types of structural modeling are adopted in terms of the extent of the analysis. The purpose of the present study is to numerically calculate the characteristics of ultimate strength behavior according to the analysis ranges of stiffened panels subject to uniaxial compressive loads.
Hong, Eun-Soo;Cho, Gye-Chun;Baak, Seng Hyoung;Park, Jae-Hyun;Chung, Moonkyung;Lee, Seong-Won
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.16
no.6
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pp.521-531
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2014
This paper is a study for behaviour of cavern type anchorage tunnels for suspension bridges with cable tension. Anchorage behaviour, design method for anchorage, and failure surface angle, ${\delta}$ are analyzed by comparing numerical analysis results and ultimate pullout capacities($P_u$) using bilinear corelation equation. Results show that design depths for cavern type anchorage tunnels are easily checked with linear relationships for $P/{\gamma}/H$ vs. displacement and $P_u/{\gamma}/H$ vs. H/b. The analysis results of maximum shear strain distribution and plastic status show that failure shapes are closer to circular arc model than soil cone model which frequently used. To an easy calculation of the ultimate pullout capacity, we propose a simple bilinear failure model in this study. The calculated ultimate pullout capacities from the proposed bilinear corelation equation using two failure angles results are similar to the ultimate pullout capacities from numerical analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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