In this paper a systematic numerical analysis is performed to obtain the bending moment resisting capacity of a top and seat angle connection, which is a type of partially restrained connection, for a CFT composite frame subjected to cyclic loading. This partially restrained composite CFT connections are fabricated using high strength steel connection bar. The three-dimensional nonlinear finite element models are constructed to investigate the rotational stiffness, bending moment capacity, and failure modes. A wide scope of additional structural behaviors explain the different influences of the top and seat angle connection's parameters, such as the different thickness of connection angles and the gage distances of the high strength steel bar. The moment-rotation angle relationships obtained from the finite element analysis are compared with those from Richard's theoretical equation.
In this paper a systematic numerical analysis is performed to obtain the hysteresis behavior of partially restrained top and seat angle connections subjected to cyclic loading. This connection includes superelastic shape memory alloy (SMA) angles and rods in order to secure the recentering capacities as well as proper energy dissipation effects of a CFT composite frame. The three-dimensional nonlinear finite element models are constructed to investigate the rotational stiffness, bending moment capacity and failure modes. A wide scope of additional structural behaviors explain the different influences of the connection's parameters, such as the various thickness of connection angles and the gage distance of steel and SMA rods.
In this study, cyclic loading analysis was conducted in order to understand the behavior of self-centering connections based on the number of PT(posttensioning) strands and initial posttensioning force. The initial posttensioning force needs to be above the yield moment of an angle for obtaining noticeable self-centering effect and it is proper that decompression moment ratio needs to be below 0.35 to minimize the residual displacement of major elements. As the number of PT strands increased, self-centering capacity also improved since initial posttensiong force in each PT strand has been decreased. It is also appropriate that initial posttensiong force needs to be less than or equal to 75% of yield strength of PT strands.
A steel frame is one of the most commonly used structural systems due to its resistance to various types of applied loads. Many studies have been conducted to investigate the effects of several parameters, such as connection flexibility, the boundary condition of each support, and beam-to-column stiffness ratio, on the characteristic behavior of a frame. Based on the results of these studies, several design methods have been proposed. This research focused on the number of bolts on the rotational stiffness of a double-angle connection, and its effect on the story drift of a frame. To achieve these purposes, a simplified analytical model was proposed. Several experimental tests were also conducted to obtain the rotational connection stiffness of each double-angle connection.
Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction
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v.33
no.12
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pp.37-44
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2017
Due to structural characteristics, construction costs and duration of a modular system would be saved by minimizing the schedule on the job site. As such, it is crucial to develop a connection that can guarantee stiffness while allowing for simple assembling. Particularly, the mid- to high-rise construction of the modular system necessitates the securing of the structural stability and seismic performance of multi-unit frames and connections, and thus, the stiffness of unit-assembled structures needs to be re-evaluated and designed. However, evaluating a frame consisting of slender members and reinforcing materials is a complicated process. Therefore, the present study aims to examine the structural characteristics of a modular unit connection based a method for reinforcing connection brackets and hinges while minimizing the loss of the cross section. Toward this end, the study modeled the beam-to-column connection of a modular system with the proposed connection, and produced a specimen which was used to perform a cycling loading test. The study compared the initial stiffness, the attributes of the hysteretic behavior, and the maximum flexural moment, and observed whether the model acquired the seismic performance, compared to the flexural strength of the steel moment frame connection that is required by the Korean Building Code. The test results showed that the proposed connection produced a similar initial stiffness value to that of the theoretical equation, and its maximum strength exceeded the theoretical strength. Furthermore, the model with a larger ceiling bracket showed higher seismic performance, which was further increased by the reinforcement of the plate.
Park, Jae-Seong;Kang, Chang-Hoon;Shon, Su-Deok;Lee, Seung-Jae
Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction
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v.34
no.3
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pp.19-28
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2018
Key factors that ensure competitiveness of modular unit include consistent high quality and connection condition that ensures high structural performance while minimizing the overall scale of the on-site process. However, it is difficult to evaluate the structural performance of the connection of modular unit, and its structural analysis and design method can be different depending on the connection to its development, which affects the seismic performance of its final design. In particular, securing the seismic performance is the key to designing modular systems of mid-to-high-rise structure. In this paper, therefore, the seismic performance of the modular system with bracket-typed fully restrained moment connections according to stiffness and the shapes of various connection members was evaluated through experimental and analytical methods. To verify the seismic performance, a cyclic loading test of the connection joint of the proposed modular system was conducted. As a result of this study, theoretical values and experimental results were compared with the initial stiffness, hysteresis behavior and maximum bending moment of the modular system. Also, the connection joint was modeled, using the commercial program ANSYS, which was then followed by finite element analysis of the system. According to the results of the experiment, the maximum resisting force of the proposed connection exceeded the theoretical parameters, which indicated that a rigid joint structural performance could be secured. These results almost satisfied the criteria for connection bending strength of special moment frame listed on KBC2016.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.10
no.2
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pp.123-133
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2006
The main objective of this study is to develop an optimization algorithm of framed structures with rigid and various semi-rigid connections using the multilevel dynamic programming and the sequential unconstrained minimization techniques (SUMT). The second-order elastic analysis is performed for steel framed structures. The second order elastic analysis is developed based on nonlinear beam-column theory considering the bowing effect. The following semi-rigid connections are considered; double web angle, top-seat angle and top-seat angle with web angle. We considered the three connection models, such as modified exponential, polynomial and three parameter model. The total weight of the structural steel is used as the objective function in the optimization process. The dimensions of steel cross section are selected as the design variables. The design constraints consist of strength requirements for axial, shear and flexural resistance and serviceability requirements.
The purpose of this study is to propose frame analysis method for flat plate slabs having edge beam under lateral loads. Flat plate system is defined as the system only with slab of uniform thickness and column. However, the slab system generally incorporate edge beams at exterior connection in actual design. ACI 318 (2005) allows three methods for conducting flat plate system analysis subjected to lateral loads. There are the finite element method (FEM), the equivalent frame method (EFM), and the effective beam width method (EBWM). Among methods, the EBWM enables us to analyze practically by substituting the actual slab to beam element. In this model, the beam element has a thickness equal to that of the slab, and effective beam width equal to some fraction of the slab transverse width. However, the established EBWM was generally proposed for variables of geometry or stiffness reduction factor and seldom proposed for the effect of edge beams. This study verifies that, in the case of flat plate system having edge beams at exterior connections, the lateral stiffness is considerably larger than without edge beams. Therefore it need to analysis method for considered the effect of edge beams. In this study, an analysis model is proposed for the flat plate system having edge beams under lateral loads by considering the effect of edge beams. To verify the accuracy of proposed model, this study compared results of the proposed EBWM with results of FEM of flat plate systems having edge beams under lateral loads. Also, the proposed approach is compared with experimental results of former research.
In The Great Hanshin-Awaji Earthquake, the general yield brittle fractures were observed in beam-column connections of steel building frames. Among many influencing factors which affect the general yield brittle fracture, it can be considered that fracture toughness has substantial effects. Some studies are making clear the required toughness for the base metal and the weld metal, but general values are not proposed. Moreover, it seems that it is also important to pay attention to the toughness decrease in the weld heat affected zone (weld HAZ), because the toughness decrease occurs in the HAZs of mild steel. In this paper, the relationship between toughness of simulated HAZs of "the rolled steels for building structures (SN)" and the weld heat-input limit of the SN steel are investigated, in an attempt to provide the required toughness for HAZs. The relationships between the increase of the hardness value and toughness, and changes of microstructure after weld heat-input are also discussed. The main results are summarized as follows. 1) The SN400B can keep its toughness at higher heat-inputs compare to the SN490Bs. 2) The steel grade, which becomes harder than other steel grades at the same heat-input, has smaller absorbed energy and smaller limit of heat-input. 3) The weld heat-input limit of the SN400B and the SN490B are proposed separately for some required toughness values.
A large number of welded steel moment-resisting framed (SMRF) structures failed due to brittle fracture induced by ductile fracture at beam-to-column connections during 1994 Northridge earthquake and 1995 Kobe (Hyogoken-Nanbu) earthquake. Extensive research efforts have been devoted to clarifying the mechanism of the observed failures and corresponding countermeasures to ensure more ductile design of welded SMRF structures, while limited research on the failure analysis of the ductile cracking was conducted due to lack of computational capacity and proper theoretical models. As the first step to solve this complicated problem, this paper aims to establish a straightforward procedure to simulate ductile cracking of welded joints under monotonic tension. There are two difficulties in achieving the aim of this study, including measurement of true stress-true strain data and ductile fracture parameters of different subzones in a welded joint, such as weld deposit, heat affected zone and the boundary between the two. Butt joints are employed in this study for their simple configuration. Both experimental and numerical studies on two types of butt joints are conducted. The validity of the proposed procedure is proved by comparison between the experimental and numerical results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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