Steel box girders have two webs and two flanges on top that are usually connected with shear connectors to the concrete deck and are also known as tub girders. The end diaphragms of such bridges comprise of a stiffened steel plate welded to the inside of the girder at each end. The diaphragms play a major role in transferring vertical and lateral loads to the bearings and substructure. A review of literature shows that the cyclic behavior of diaphragms under earthquake loading has not been studied previously. This paper uses a nonlinear finite element model to study the behavior of the end diaphragms under gravity and seismic loads. Different bearing device and stiffener configurations have been considered. Affected areas of the diaphragm are distinguished.
Park, Sung-Moo;Kim, Sung-Su;Kim, Won-Ho;Lee, Hyung-Seok
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.2
no.2
s.4
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pp.51-58
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2002
This paper is presented an experimental studies on bond stress between steel and concrete in concrete filled steel tubes. In the actual building frames, vertical dead and live loads on beams are usually transferred to columns by beam-to-column connections. In case when concrete filled steel tubes are used as columns of an actual building frame which has a simple connection, shear forces in the beam ends are not directly transferred to the concrete core but directly to the steel tube. Provided that the bond effect between steel tube and concrete core should not be expected, none of the end shear in the beams would be transferred to the concrete core but only to the steel tube. Therefore, it is important to investigate the bond strength between steel tube and concrete core in the absence of shear connectors.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.12
no.1
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pp.325-342
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2020
The current study is focused on the evaluation of the ultimate strength of stiffened panels found in ship hull structures that are subjected to combined uniaxial thrust, in-plane and out-of-plane bending moments. This loading condition, which is in general ignored when performing buckling checks, applies to representative control geometries (stiffener with attached plating) as a consequence of the linearly varying normal stresses along the ship's depth induced by the hull-girder vertical bending moment. The problem is generalized by introducing a non-uniform thrust described by a displacement ratio and rotation angle and by introducing the slenderness ratios, within the practical range of interest. The formed design space is explored through methods sourcing from Design of Experiments and by applying non-linear finite element procedures. Surrogate empirical models have been constructed through regression analysis and Response Surface Methods. An additional empirical model is provided to the literature for predicting the ultimate strength under uniaxial thrust. The numerical experimentation has shown that is a significant influence on the ultimate strength of stiffened panels as the thrust non-uniformity increases.
Deifalla, Ahmed F.;Fattouh, Fattouh M.;Fawzy, Mona M.;Hussein, Ibrahim S.
Steel and Composite Structures
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v.33
no.6
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pp.793-803
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2019
Concrete-filled steel tubular (CFST) beam-columns are widely used owing to their good performance. They have high strength, ductility, large energy absorption capacity and low costs. Externally stiffened CFST beam-columns are not used widely due to insufficient design equations that consider all parameters affecting their behavior. Therefore, effect of various parameters (global, local slenderness ratio and adding hoop stiffeners) on the behavior of CFST columns is studied. An experimental study that includes twenty seven specimens is conducted to determine the effect of those parameters. Load capacities, vertical deflections, vertical strains and horizontal strains are all recorded for every specimen. Ratio between outer diameter (D) of pipes and thickness (t) is chosen to avoid local buckling according to different limits set by codes for the maximum D/t ratio. The study includes two loading methods on composite sections: steel only and steel with concrete. The case of loading on steel only, occurs in the connection zone, while the other load case occurs in steel beam connecting externally with the steel column wall. Two failure mechanisms of CFST columns are observed: yielding and global buckling. At early loading stages, steel wall in composite specimens dilated more than concrete so no full bond was achieved which weakened strength and stiffness of specimens. Adding stiffeners to the specimens increases the ultimate load by up to 25% due to redistribution of stresses between stiffener and steel column wall. Finally, design equations previously prepared are verified and found to be only applicable for medium and long columns.
The overall buckling mode in a composite steel-concrete beam over an internal support is necessarily lateral-distortional, in which the bottom compressive range displaces laterally and twists, since the top flange is restrained by the nearly rigid concrete slab. An efficient finite element method is used to study elastic lateral-distortional buckling in composite beams whose steel portion is tapered. The simplified model for a continuous beam that is presented herein is a fixed ended cantilever whose steel portion is tapered, and is subjected to moment gradient. This is intended to give an insight into distortion in a continuous beam that occurs in the negative bending region, and the differences between the cantilever representation and the continuous beam are highlighted. An eigenproblem is established, and the buckling modes and loads are determined in the elastic range of structural response. It is found from the finite element study that the buckling moment may be enhanced significantly by using a vertical stiffener in the region where the lateral movement of the bottom range is greatest. This enhancement is quantified in the paper.
This paper attempts to develop the analytical model of estimating the fatigue damage using a linear elastic fracture mechanics method. The stress history on a welding member, when a truck passed over a bridge, was defined as a block loading and the crack closure theory was used. These theories explain the influence of a load on a structure. This study undertook an analysis of the stress range frequency considering both dead load stress and crack opening stress. A probability method applied to stress range frequency distribution and the probability distribution parameters of it was obtained by Maximum likelihood Method and Determinant. Monte Carlo Simulation which generates a probability variants (stress range) output failure block loadings. The probability distribution of failure block loadings was acquired by Maximum likelihood Method and Determinant. This can calculate the fatigue reliability preventing the fatigue failure of a welding member. The failure block loading divided by the average daily truck traffic is a predictive remaining life by a day. Fatigue reliability analysis was carried out for the welding member of the bottom flange of a cross beam and the vertical stiffener of a steel box bridge by the proposed model. Results showed that the primary factor effecting failure time was crack opening stress. It was important to decide the crack opening stress for using the proposed model. Also according to the 50% reliability and 90%, 99.9% failure times were indicated.
The stiffness evaluation of cracked base metal is of great guidance to fatigue crack reinforcement. By carrying out fatigue tests and numerical simulation of typical cracking details in steel box girder, the strain-degradation law of cracked base metal was analyzed and the relationship between base metal stress and its displacement (stiffness) was explored. The feasibility of evaluating the stress of cracked base metal based on the stress field at the crack tip was verified. The results demonstrate that the stiffness of cracked base metal shows the fast-to-slow degradation trend with fatigue cracking and the base metal at 50mm or more behind the crack tip basically lose its bearing capacity. Drilling will further accelerate stiffness degradation with the increase of hole diameters. The base metal stress has a negative linear relation with its displacement (stiffness), The stress of cracked base metal is also related to stress intensity factor and its relative position (distance, included angle) to the crack tip, through which the local stiffness can be effectively evaluated. Since the stiffness is not uniformly distributed along the cracked base metal, the reinforcement patch is suggested to be designed according to the stiffness to avoid excessive reinforcement for the areas incompletely unloaded.
Xiaohu Li;Hao Luo;Xihao Ren;Tao Zhang;Lei Li;Ke Shi
Structural Engineering and Mechanics
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v.90
no.4
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pp.345-356
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2024
This paper aims to investigate the seismic behavior of double steel plate and concrete composite shear wall (DSCW) of shield buildings in nuclear power engineering through experimental study. Hence, a total of 10 specimens were tested to investigate the hysteretic performance of DSCW specimens in detail, in terms of load vs. displacement hysteretic curves, skeleton curves, failure modes, flexural strength, energy dissipation capacity. The experimental results indicated that the thickness of steel plate, vertical load and stiffener have great influence on the shear bearing capacity of shear wall, and the stud space has limited influence on the shear capacity. And finally, a novel simplified formula was proposed to predict the shear bearing capacity of composite shear wall. The predicted results showed satisfactory agreement with the experimental results.
The behavior of the connection for beam-to-column weak axis connection and its details should be identified. Thus, each element is considered a panel zone, and the horizontal stiffener's presence or absence and position in bracket-type welding connection are used as variables to compare the behavior of strong axis connection and weak axis connection. In this study, the strength of connection is calculated by substituting the simple beam-strengthened vertical stiffeners for connection in the presence of horizontal stiffeners. In the absence of horizontal stiffeners, the strength of connection can be calculated using local flange bending strength considering local web yielding strength, web crippling, and web buckling strength. The results of the theoretical analysis and experiments are compared.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.15
no.1
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pp.561-568
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2014
A modular fish-bone girder pier consists of one main girder system named as "Spine Girder". Therefore, this pier can be most affected by torsion as well as flexural bending. The design considerations of the fish-bone girder pier are proposed to assure the reasonable design in this study. In order to investigate the behavior characteristics, structural analysis F.E model is developed, and the verification of the developed model is performed by comparison with experimental data. From the investigation of the structural behavior, the vertical stiffener is required at the bottom of bone-beams to prevent the excessive local stress. Also, it is found that the normal stress of the flange and the shear stress of the web and flange are dominantly affected by the warping torsion and pure torsion, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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