With the increase in the demand for high-rise buildings, the use of high-strength steel has likewise increased. Thus, it has become more necessary to study the resistance force of the high-strength hollow structural section (HSS) joint of 600MPa. Additionally, the current design equation in Korea limits maximum yield stress at 360MPa in the case of HSS. In other words, since the current specification does not apply to HSS of 600MPa, this study aims to investigate the applicability of design equations as well as examine the behavior of the connection through the experiment and finite element analysis (FEA) of the plate-tube connection of 600MPa. In particular, this paper presents the behavior of joints with the gusset plates welded in the longitudinal direction of the circular hollow section (CHS) when the joints are subjected to lateral force. Comparing design equations with the results of FEA and the test, existing design equations are underestimated to be 56~79% in the case of high-strength materials.
This paper reports on finite element analysis techniques that may be applied to the study of circular hollow structural sections and related bearing connection geometries. Specifically, a connection detail involving curved steel saddle bearings and a Structural Tee (ST) connected directly to a large-diameter Hollow Structural Section (HSS) truss chord, near its open end, is considered. The modeling is carried out using experimentally verified techniques. It is determined that the primary mechanism of failure involves a flexural collapse of the HSS chord through plastification of the chord wall into a well-defined yield line mechanism; a limit state for which a shell-based finite element model is well-suited to capture. It is also found that classical metal plasticity material models may be somewhat limited in their applicability to steels in fabricated tubular members.
Su, Junsheng;Dhakal, Rajesh Prasad;Wang, Junjie;Wang, Wenbiao
Earthquakes and Structures
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v.12
no.2
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pp.201-211
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2017
This paper experimentally investigates the effect of yield strength of reinforcing bars and stirrups on the seismic performance of reinforced concrete (RC) circular piers. Reversed cyclic loading tests of nine-large scale specimens with longitudinal and transverse reinforcement of different yield strengths (varying between HRB335, HRB500E and HRB600 rebars) were conducted. The test parameters include the yield strength and amount of longitudinal and transverse reinforcement. The results indicate that the adoption of high-strength steel (HSS) reinforcement HRB500E and HRB600 (to replace HRB335) as longitudinal bars without reducing the steel area (i.e., equal volume replacement) is found to increase the moment resistance (as expected) and the total deformation capacity while reducing the residual displacement, ductility and energy dissipation capacity to some extent. Higher strength stirrups enhance the ductility and energy dissipation capacity of RC bridge piers. While the product of steel yield strength and reinforcement ratio ($f_y{\rho}_s$) is kept constant (i.e., equal strength replacement), the piers with higher yield strength longitudinal bars are found to achieve as good seismic performance as when lower strength bars are used. When higher yield strength transverse reinforcement is to be used to maintain equal strength, reducing bar diameter is found to be a better approach than increasing the tie spacing.
A connection composed of a circular hollow structural section (HSS) has complicated details, and exhibits a very complex local deformation when it reaches the yield stress. Given these circumstances, proposing a simple design equation considering local deformation is difficult. The design equations of the Korea Building Code (KBC 2009) for HSS joints are simple and are very similar to those of the AISC. These design equations limit the maximum yield stress up to 360MPa and yield ratio (yield strength/tensile strength) up to 0.8. This means that the material with yield strength exceeding 360MPa could be used after verification based on the test or rational analysis for the similar connection. This paper introduces an experimental program and finite element analysis (FEA) for the circular hollow section (CHS) with a transverse gusset plate made of high-strength steel (HSB600) or structural steel (SS400) when the joints are subjected to lateral force. Comparison of the design equations with the results of FEA and test may be used for the modification of the design equations.
This paper deals with the development of an approach for evaluating the squash load and rigidity of unprotected concrete filled steel columns at elevated temperatures. The current approach of evaluating these properties is reviewed. It is shown that with a non-uniform temperature distribution, over the composite cross-section, the calculations for the squash load and rigidity are tedious in the current method. A simplified approach is proposed to evaluate the temperature distribution, squash load, and rigidity of composite columns. This approach is based on the model in Eurocode 4 and can conveniently be used to calculate the resistance to axial compression of a concrete filled steel column for any fire resistance time. The accuracy of the proposed approach is assessed by comparing the predicted strengths against the results of fire tests on concrete filled circular and square steel columns. The applicability of the proposed approach to a design situation is illustrated through a numerical example.
The capacity of tubular truss chords subjected to concentrated reaction forces in the vicinity of the open end (i.e., the bearing region) is not directly treated by existing design specifications; although capacity equations are promulgated for related tubular joint configurations. The lack of direct treatment of bearing capacity in existing design specifications seems to represent an unsatisfactory situation given the fact that connections very often control the design of long-span tubular structures comprised of members with slender cross-sections. The case of the simple-span overhead highway sign truss is studied, in which the bearing reaction is applied near the chord end. The present research is aimed at assessing the validity of adapting existing specifications' capacity equations from related cases so as to be applicable in determining design capacity in tubular truss bearing regions. These modified capacity equations are subsequently used in comparisons with full-scale experimental results obtained from testing carried out at the University of Pittsburgh.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.8
no.4
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pp.52-60
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1999
In this study the effect of roundness error with respect to the cutting conditions using the external cylindrical work piece by end mill cutting in a machining center was studied. the end mill used in this study is HSS coated with Ti-N which is of Ø 12-4 flutes. The material of workpiece is SM20C and cutting oil is used as a cooling flued The cutting experiments were carried out for the several cutting conditions(depth of cut height of end mill feed rate revolution per minute and cutting direction) and their roundness effects were compared using the least squares circle measuring method. The experimental results are summarized as follows : 1) The cutting depth is dominant for the roundness of a cylindrical work piece and the cutting speed must be determined precisely when the cutting depth is large 2) When the cutting direction in circular manufacturing is the same with the spindle rotation i.e up-cutting condition the surface roundness is also improved.
The behaviour of hollow structural steel (HSS) stub columns and beams filled with normal concrete and recycled aggregate concrete (RAC) under instantaneous loading was investigated experimentally. A total of 40 specimens, including 30 stub columns and 10 beams, were tested. The main parameters varied in the tests were: (1) recycled coarse aggregate (RCA) replacement ratio, from 0 to 50%, (2) sectional type, circular and square. The main objectives of these tests were threefold: first, to describe a series of tests on new composite columns; second, to analyze the influence of RCA replacement ratio on the compressive and flexural behaviour of recycled aggregate concrete filled steel tubes (RACFST), and finally, to compare the accuracy of the predicted ultimate strength, bending moment capacity and flexural stiffness of the composite specimens by using the recommendations of ACI318-99 (1999), AIJ (1997), AISC-LRFD (1999), BS5400 (1979), DBJ13-51-2003 (2003) and EC4 (1994).
There are many restrictions in the application of high-strength HSSs, including yield strength and yield ratio for the 600-MPa steel. The AISC and Canadian codes recommend that the yield strength and yield ratio of HSS members be 360 MPa and 80%, respectively. It is important to understand the true buckling behaviors of HSSs using high-strength steel at the limit states. There are many experimental data regarding the rectangular HSSs, and the circular ones are not enough for high-strength steel. Therefore, this study was conducted to create a better understanding of the buckling behaviors of the 600- and 400-MPa steels based on the results of the finite-element analysis that was done before the experiment. To understand the structural behaviors of the aforementioned steels, the width-to-thickness ratios, the angle of the web members, the yield strength, and the gap of the web members were selected as the main parameters in this study, and ABAQUS, a general finite-element program, was used.As a result, the compression web member reached elastic buckling in the 600-MPa steel and inelastic buckling in the 400-MPa steel. A brittle fracture occurred in the case where the yield ratio was greater than 80%. At the same time, it was found that the limit strength determined via FEM analysis had a higher value compared to the code evaluation with the variation of the width-to-thickness ratio in the main code member. The change in the connection load in high-strength steels was not identified by the other factors.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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