Tharwat Osman;Salwa A. Mohamed;Mohamed A. Eltaher;Mashhour A. Alazwari;Nazira Mohamed
Steel and Composite Structures
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제50권1호
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pp.25-43
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2024
In this article, a mathematical model is developed to predict the dynamic behavior of bio-inspired composite beam with helicoidal orientation scheme under variable axial load using a unified higher order shear deformation beam theory. The geometrical kinematic relations of displacements are portrayed with higher parabolic shear deformation beam theory. Constitutive equation of composite beam is proposed based on plane stress problem. The variable axial load is distributed through the axial direction by constant, linear, and parabolic functions. The equations of motion and associated boundary conditions are derived in detail by Hamilton's principle. Using the differential quadrature method (DQM), the governing equations, which are integro-differential equations are discretized in spatial direction, then they are transformed into linear eigenvalue problems. The proposed model is verified with previous works available in literatures. Parametric analyses are developed to present the influence of axial load type, orthotropic ratio, slenderness ratio, lamination scheme, and boundary conditions on the natural frequencies of composite beam structures. The present enhanced model can be used especially in designing spacecrafts, naval, automotive, helicopter, the wind turbine, musical instruments, and civil structures subjected to the variable axial loads.
최근, 지진하중에 대한 대공간구조무의 응답특성에 관한 연구가 다수 수행되었으며, 라이즈/스팬비가 큰 지붕구조에 대하여서는, 수평지진입력에 대한 역대칭모드의 증폭이 지배적으로 됨이 지적되었다. 본 연구에서 제안하는 정적지진하중평가법에서는, 라이즈가 있는 지붕구조의 내진설계를 수행함에 있어, 허용응력도설계법을 따르며, 그림1과 같이 설계용전단력를 지붕면에 따라 부가하는 정적평가법을 채용하고 이를 정적지진하중평가법이라 부르기로 한다. 본 논문의 구성으로서는, 정적평가법의 개념 및 정적설계식의 유도과정을 나타내고, 라이즈/스팬비가 서로 다른 지붕구조물을 대상으로 하여, 본 평가법에 의한 결과와 정적응답해석을 수행한 결과를 비교하고, 정적평가법의 타당성에 대하여 검토한다.
Hollow structural section (HSS) columns have been increasingly popular due to their structural and architectural merits. However, practical difficulty lies in developing proper connections. The through-diaphragm connections are considered as suitable connection type that is widely adopted in Asian countries. However, the stress concentration occurs at the location connecting through-diaphragm and steel beam. Furthermore, the actual load path from the beam flange is not uniformly transferred to the HSS column as conventionally assumed. In this paper, tensile tests were further conducted on three additional specimens with beam flange plate to evaluate the load versus displacement response. The load-displacement curves, yield and ultimate capacity, ductility ratio were obtained. Furthermore, the strain development at different loading levels was discussed comprehensively. It is shown that the studied connection configuration significantly reduces the stress concentration. Meanwhile, simplified trilinear load-displacement analytical model for specimen under tensile load was presented. Good agreement was found between the theoretical and experimental results.
This paper describes the experimental method to monitor the structural integrity. The crack on structures changes the wave propagation characteristics of structures. To monitor this change, frequency dependent variation of dynamic stiffness of beam structures is obtained by using beam transfer function method, and its trends are compared to undamaged one for identifying the location and size of the crack. Piezoelectric actuators were used to generate flexural vibrations. It eliminated various restrictions of continuously measuring wave propagation characteristics and monitoring structural integrity. The structural integrity was identified with minimal number of measurements and smart structures employing PZT actuations.
This paper discusses the influence of transverse reinforcement spacing and support width of concrete wide beam on shear performance. In order to evaluate the shear performance, a total of thirteen specimens were constructed and tested. The transverse reinforcement spacing, the number of legs and support width were considered as variables. From the test results, the shear strength equation of concrete wide beam is proposed for prediction of shear strength of concrete wide beam to consider the transverse reinforcement spacing and support width. It is shown that the proposed equation is able to predict shear strength reasonably well for concrete wide beam.
SLIM AU(A plus U-shaped) composite beam had been developed for not only reducing the story height in residential and commercial building, but also saving the cost of floor construction. The structural performance and economic feasibility was sufficiently approved by means of structural experiments and analytical studies. Even though fire resistance of the SLIM AU composite beam was evaluated throughout furnace fire test, the fire performance of the composite beam using finite element analysis is not analysed yet. Therefore the predictions of fire resistance simulations with loading as well as temperature distribution of the composite beam are summarized in this paper.
When a cantilever beam rotates about the axis perpendicular to its longitudinal axis, its natural frequencies vary. This phenomenon which is caused by centrifugal inertia forces is often referred to as the stiffening effects. Since the variation of natural frequencies often creates critical problems for the rotating structures, it is necessary to control the variation of natural frequencies. As the cross section of a rotating cantilever beam varies, natural frequencies can be changed. The thickness and the width of the cantilever beam are assumed to be cubic spline functions in the present work. An optimization method is employed to find the optimal thickness and width of the rotating beam. This result can be used for the design of rotating structures such as turbine and helicopter blades.
Effective beam width models are commonly used to obtain the lateral stiffness of flat plate structures. In these models, an effective beam width is defined as the width when the flexural stiffness of the beam element equals the slab stiffness. In this present study, a method to obtain effective beam widths that considers the effects of connection geometry and slab cracking is analytically proposed. The rectangularity of the vertical member for the connection geometry and the combined effects of creep and shrinkage for the slab cracking are considered. The results from the proposed method are compared with experimental results from a test structure having nine slab-column connections.
In this paper, a hyperbolic shear deformation beam theory is developed for free vibration analysis of functionally graded (FG) sandwich beams. The theory account for higher-order variation of transverse shear strain through the depth of the beam and satisfies the zero traction boundary conditions on the surfaces of the beam without using shear correction factors. The material properties of the functionally graded sandwich beam are assumed to vary according to power law distribution of the volume fraction of the constituents. The core layer is still homogeneous and made of an isotropic material. Based on the present refined beam theory, the equations of motion are derived from Hamilton's principle. Navier type solution method was used to obtain frequencies. Illustrative examples are given to show the effects of varying gradients and thickness to length ratios on free vibration of functionally graded sandwich beams.
Exterior beam-column joints are structural elements that ensure connection between beams and columns. The joint strength is generally assumed to be governed by the structural element of lowest load capacity (beam or column), however, the joint may be the weakest link. The joint shear behavior is still not well understood due to the influence of several variables, such as geometry of the connection, stress level in the column, concrete strength and longitudinal beam reinforcement. A parametrical study based only on experiments would be impracticable and not necessarily exposes the failure mechanisms. This paper reports on a set of numerical simulations conducted in DIANA$^{(R)}$ software for the investigation of the shear strength of exterior joints. The geometry of the joints and stress level on the column are the variables evaluated. Results have led to empirical expressions that provide the shear strength of unreinforced exterior beam-column joints.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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