The rigid connections of I-beams to Rectangular Hollow Sections (RHS) in steel structures usually behave as semi-rigid connection. This behavior is directly related to the column face deformation. The deformation in the wall of RHS column in the connection zone causes a relative rotation between beam end and column axis, which consequently reduces the rigidity of beam-column connection. In the present paper, the percentages of connection rigidity reduction for serviceability conditions are evaluated by using the finite element analysis. Such percentages for RHS columns without internal stiffeners are considerable, and can be calculated from presented graphs.
This paper presents a preliminary study to monitor the lateral behavior of pile foundation using multiplexed fiber Bragg grating (FBG) sensors. In the preliminary study, an 1.7 meter long cantilever beam with the shape of square hollow box was fabricated and tested under the static loading. Four FBG sensors were multiplexed in a single optical fiber and installed into the top and bottom of the cantilever beam. The strains are directly measured from FBG sensors followed by curvature calculations based on the plane section assumption. Vertical deflections are then estimated using the regression analyses based on the geometric relationships. It has been found that excellent correlation with conventional sensing system was observed. The success of the test encourages the use of the FBG sensing system as a monitoring system for pile foundations. However, further consideration should be given in the case of the sensor malfunction for the practical purpose.
Park, Il-Ju;Jung, Sung-Nam;Kim, Do-Hyung;Yun, Chul-Yong
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.10
no.2
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pp.77-85
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2009
A two-dimensional cross-section analysis program based on the finite element method has been developed for composite blades with arbitrary cross-section profiles and material distributions. The modulus weighted approach is used to take into account the non-homogeneous material characteristics of advanced blades. The CLPT (Classical Lamination Plate Theory) is applied to obtain the effective moduli of the composite laminate. The location of shear center for any given cross-sections are determined according to the Trefftz' definition while the torsion constants are obtained using the St. Venant torsion theory. A series of benchmark examples for beams with various cross-sections are illustrated to show the accuracy of the developed cross-section analysis program. The cross section cases include thin-walled C-channel, I-beam, single-cell box, NACA0012 airfoil, and KARI small-scale blades. Overall, a reasonable correlation is obtained in comparison with experiments or finite element analysis results.
Zhu, Li;Wang, Jia J.;Zhao, Guan Y.;Huo, Xue J.;Li, Xuan
Steel and Composite Structures
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v.37
no.2
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pp.117-136
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2020
Curved steel-concrete composite box girder has been widely adopted in urban overpasses and ramp bridges. In order to investigate its mechanical behavior under complicated and combined bending, shear and torsion load, two large-curvature composite box girders with interior angles of 25° and 45° were tested under static hogging moment. Based on the strain and deflection measurement on critical cross-sections during the static loading test, the failure mode, cracking behavior, load-displacement relationship, and strain distribution in the steel plate and rebar were investigated in detail. The test result showed the large-curvature composite box girders exhibited notable shear lag in the concrete slab and steel girder. Also, the constraint torsion and distortion effect caused the stress measured at the inner side of the composite beam to be notably higher than that of the outer side. The strain distribution in the steel web was approximately linear; therefore, the assumption that the plane section remains plane was approximately validated based on strain measurement at steel web. Furthermore, the full-process non-linear elaborate finite element (FE) models of the two specimens were developed based on commercial FE software MSC.MARC. The modeling scheme and constitutive model were illustrated in detail. Based on the comparison between the FE model and test results, the FE model effectively simulated the failure mode, the load-displacement curve, and the strain development of longitudinal rebar and steel girder with sufficient accuracy. The comparison between the FE model and the test result validated the accuracy of the developed FE model.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.53
no.3
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pp.43-51
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2011
Fiber Reinforced Polymer (FRP)s have various advantages for construction material in that they are noncorrosive and very strong. FRPs are economical and effective for management and maintenance when applied to footbridge, beam or deck of the bridge, girder, and marine structure. For safety, optimal design for standard modulation of the cross section is necessary. Conditions of optimum are possibilities of domestic production, modular assembly, and structure materials cast in compressed area.
The method of cross-section analysis for different sections in a structural frame has been widely investigated since the 1960s for determination of sectional capacities of beam-columns. Many hand-calculated equations and design graphs were proposed for the specific shape and type of sections in pre-computer age decades ago. In design of many practical sections, these equations may be uneconomical and inapplicable for sections with irregular shapes, leading to the high construction cost or inadequate safety. This paper not only proposes a versatile numerical procedure for sectional analysis of beam-columns, but also suggests a method to account for residual stress and geometric imperfections separately and the approach is applied to design of high strength steels requiring axial force-moment interaction for advanced analysis or direct analysis. A cross-section analysis technique that provides interaction curves of arbitrary welded sections with consideration of the effects of residual stress by meshing the entire section into small triangular fibers is formulated. In this study, two doubly symmetric sections (box-section and H-section) fabricated by high-strength steel is utilized to validate the accuracy and efficiency of the proposed method against a hand-calculation procedure. The effects of residual stress are mostly not considered explicitly in previous works and they are considered in an explicit manner in this paper which further discusses the basis of the yield surface theory for design of structures made of high strength steels.
This paper investigates the flexural capacity of simply supported steel-concrete composite I beam and box beam under positive bending moment through combined experimental and finite element (FE) modeling. 24 composite beams are included into the experiments and parameters including shear connection degree, transverse reinforcement ratio, section form of girder, diameter of stud and loading way are also considered and investigated. ABAQUS is employed to establish FE models to simulate the behavior of composite beams. The influences of a few key parameters, such as the shear connection degree, stud arrangement, stud diameter, beam length and loading way, on flexural capacity are discussed. In addition, three methods including GB standard, Eurocode 4, and Nie method are also used to estimate the flexural capacity of composite beams and also for comparison with experimental and numerical results. The results indicate that Nie method may provide a better estimation in comparison to other two standards.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2000.04a
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pp.120-125
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2000
A heddle frame is the major part of a loom that produces woven cloth by insertion of weft yarns between warp yams. Warp yarns are manipulated by many heddles fixed in a heddle frame. Recently, the up and down speed of heddle frames has been increased much for the increase of productivity, which induces higher inertial stresses and vibrations in the heddle frame. The heddle frame has the rectangular cross-section. For the design of box type beams of rectangular cross-section, extensional stiffness EA, flexural stiffness El, and torsional stiffness GJ as well as the vibration characteristics are important and should be simultaneously considered. Tn this paper, the vibration characteristics of the composite and the composite sandwich beams for high-speed heddle frame were tested by impulse frequency response.
In the shear-lag analysis of structures deterministic procedure is insufficient to provide complete information. Probabilistic analysis is a holistic approach for analyzing shear-lag effects considering uncertainties in structural parameters. This paper proposes an efficient and accurate algorithm to analyze shear-lag effects of structures with parameter uncertainties. The proposed algorithm integrated the advantages of the response surface method (RSM), finite element method (FEM) and Monte Carlo simulation (MCS). Uncertainties in the structural parameters can be taken into account in this algorithm. The algorithm is verified using independently generated finite element data. The proposed algorithm is then used to analyze the shear-lag effects of a simply supported beam with parameter uncertainties. The results show that the proposed algorithm based on the central composite design is the most promising one in view of its accuracy and efficiency. Finally, a parametric study was conducted to investigate the effect of each of the random variables on the statistical moment of structural stress response.
Kwak, Hyo Gyoung;Seo, Young Jae;Jung, Chan Mook;Park, Young Ha
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.12
no.2
s.45
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pp.123-131
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2000
In this study, both experimental and analytical study for behavior of the existing composite steel box girder bridges, constructed along with the procedure of continuous placing slab, are conducted to establish the validity of the proposed model. The layer approach is adopted to determine the equilibrium condition in a section to consider the different material properties and concrete cracking across the sectional depth, and the beam element stiffness is constructed on the basis of the assumed displacement field formulation and the 3-points Gaussian Integration. In addition, the effects of creep and shrinkage of concrete for time-dependent behavior of the bridge are taken into consideration. Finally, both analytical and experimental results are compared.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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