스터드, 조이스트 및 지붕 트러스에 적용하기 위한 폐단면 냉간성형부재의 휨실험을 수행하고 해석치와 비교하여 보았다. 길이 2.4m, 폭 0.9m의 휨 시편은 46cm 간격의 두 개의 강재보의 한면에 석고보드와 합판을 부착한 시편과 부착하지 않은 시편으로 구성되었고, 각 시편에 대한 정, 부모멘트실험을 수행하여, 강재보에 부착된 합판 및 석고보드가 강재의 좌굴거동에 미치는 영향을 포함한 합성거동을 파악하였다. 또한 합판이 부착된 실물 트러스 실험을 통하여 트러스 부재의 좌굴거동 및 파괴양상에 대하여 연구하였다.
본 연구에서는 벽 패널의 부분 합성거동 해석에 대하여 거론한다. 기 발표된 목재 바닥 시스템으로부터 유도된 처짐공식을 소개하고, 이 공식을 적용하여 석고보드와 강재 샛기둥으로 결합된 합성벽 패널의 중앙지점 처짐값을 산정한다. 나사연결부의 불완전성(미끄럼), 국부좌굴, 샛기둥 복부의 개구부, 그리고 인접 석고보드간의 불연속으로 야기 될 수 있는 강성의 감소 등을 처짐공식에 적절히 반영하는데 그 목적을 두었다. 적용된 처짐공식으로 산정된 처짐 기대치와 실험 관측치간의 비교에서는, 나사연결부의 상한 강성치를 사용한 처짐 기대치가 실험 관측치와 가장 근접한 결과를 보였다.
This paper presents a analysis of the problem of optimal design of the beams with two I-type cross section shapes. These types of beams are simply supported and subject to pure bending. The strength and stability conditions were formulated and analytically solved in the form of mathematical equations. Both global and selected types of local stability forms were taken into account. The optimization problem was defined as bicriteria. The cross section area of the beam is the first objective function, while the deflection of the beam is the second. The geometric parameters of cross section were selected as the design variables. The set of constraints includes global and local stability conditions, the strength condition, and technological and constructional requirements in the form of geometric relations. The optimization problem was formulated and solved with the help of the Pareto concept of optimality. During the numerical calculations a set of optimal compromise solutions was generated. The numerical procedures include discrete and continuous sets of the design variables. Results of numerical analysis are presented in the form of tables, cross section outlines and diagrams. Results are discussed at the end of the work. These results may be useful for designers in optimal designing of thin-walled beams, increasing information required in the decision-making procedure.
Dar, M. Adil;Subramanian, N.;Atif, Mir;Dar, A.R.;Anbarasu, M.;Lim, James B.P.
Steel and Composite Structures
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제34권3호
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pp.333-345
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2020
In the past, many efficient profiles have been developed for cold-formed steel (CFS) members by judicious intermediate stiffening of the cross-sections, and they have shown improved structural performance over conventional CFS sections. Most of this research work was based on numerical modelling, thus lacking any experimental evidence of the efficiency of these sections. To fulfill this requirement, experimental studies were conducted in this study, on efficient intermediately stiffened CFS sections in flexure, which will result in easy and simple fabrication. Two series of built-up sections, open sections (OS) and box sections (BS), were fabricated and tested under four-point loading with same cross-sectional area. Test strengths, modes of failure, deformed shapes, load vs. mid-span displacements and geometric imperfections were measured and reported. The design strengths were quantified using North American Standards and Indian Standards for cold-formed steel structures. This study confirmed that efficient profiling of CFS sections can improve both the strength and stiffness performance by up to 90%. Closed sections showed better strength performance whereas open sections showed better stiffness performance.
With regard to economic efficiency, composite fix beams are widely used to pass longitudinal shear forces across the interface. The current knowledge of the composite beam load-slip activity and shear capability are restricted to data from measurements of push-off. Modelling and analysis of the composite beams based on Euro-code 4 regarding to shear, bending, and deflection under differing loads were carried out using Finite Element through an efficient computer simulation and the final loading and sections capacity based on the failure modes was analysed. In bending, the section potential was increased by an improvement of the strength in both steel and concrete, but the flexural and compressive resistance growth is very weak (3.2% 3.1% and 3.0%), while the strength of the concrete has increased respectively from 25 N/mm2 to 30, 35, and 40 N/mm2 compared to the increment of steel strength by 27% and 21% when it was raised from 275 to 355 and 460 N/mm2, respectively. It was found that the final flexural load capacity of fix beams was declined with increase in the fix beam span for both three steel strength. The shear capacity of sections was remained unchanged at constant steel strength and different length, but raised with final yield strength increment of steel sections by 29%, and 67% when it was raised from 275 N/mm2 to 355 N/mm2 and 460 N/mm2, respectively.
Dar, M. Adil;Anbarasu M.;Dar, A.R.;Islam, Naqeeb Ul;Ghowsi, Ahmad Fayeq;Carvalho, Hermes
Steel and Composite Structures
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제42권4호
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pp.447-458
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2022
Cold-formed steel (CFS) sections are thin-walled, therefore, more susceptible to different types of geometric imperfections. Global type of geometric imperfections has a significant impact on the load-carrying capacity of flexural members. This paper reports an experimental study that discusses the influence of global imperfections on the flexural response of CFS built-up I-beams composed of two lipped channels, with simply supported ends, under four-point loading. Global imperfections of magnitude over eight times the maximum permissible ones were induced in the specimens, leading to their distress. Using various simple stiffening schemes, the capacity and stiffness of the distressed specimens were improvised. The performance comparisons were made based on the maximum loads resisted, flexural stiffnesses offered, and failure modes experienced by the specimens. As experimental data on such distressed specimens are currently lacking in the literature, the test results of the present study will provide the necessary data needed by future researchers to numerically extend this study further, which will help in the development of necessary design guidelines for the same. The stiffening schemes significantly improved the structural efficiency of distressed specimens in terms of strength and stiffness, by over 60%. As a result, an effective and time-saving solution to such realistic structural engineering problems is given.
The paper derives, validates and illustrates the application of GBT-based formulae to estimate distortional critical lengths and bifurcation stress resultants in cold-formed steel rack-section columns, beams and beam-columns with arbitrarily inclined mid-stiffeners and four support conditions. After a brief review of the Generalised Beam Theory (GBT) basics, the main concepts and procedures employed to obtain the formulae are addressed. Then, the GBT-based estimates are compared with exact results and, when possible, also with values yielded by formulae due to Lau and Hancock, Hancock and Teng et al. A few remarks on novel aspects of the rack-section beam-column distortional buckling behaviour, unveiled by the GBT-based approach, are also included.
콘크리트 충전강관에 사용되는 강관의 제작법은 재단된 4장의 플레이트를 모서리에서 용접하는 일반강관 제작법과, ㄷ형으로 절곡성형과정을 거쳐 2-Seam으로 용접하는 제작방법, 그리고 원형강관을 압축하여 4각형태로 만드는 방법등이 일반적으로 사용되며, 강관제작에 사용되는 용접방법과 용접량의 선택은 강관 제작비용에 큰 부분을 차지하고 있다. 새로운 제작형식으로 개발된 각형강관은 4장의 플레이트를 ㄱ형으로 절곡성형한 후 강관 폭의 중앙에서 4-Seam Flare 용접하는 방식이다. 본 연구에서는 새로운 제작형식의 CFT 각형 기둥에 대하여 용접량 평가를 위한 실험방법을 제시하고, 강관 제작법, 강관두께 및 용접량을 변수로 총 6개의 실험체를 제작하여 구조실험 및 해석을 수행하여 강관내부의 수압에 따른 강관의 거동을 평가하였다.
Ahmed M. Sheta;Xing Ma;Yan Zhuge;Mohamed A. ElGawady;Julie E. Mills;El-Sayed Abd-Elaal
Steel and Composite Structures
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제46권1호
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pp.75-92
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2023
The novel composite cold-formed steel (CFS)/engineered cementitious composites (ECC) beams have been recently presented. The new composite section exhibited superior structural performance as a flexural member, benefiting from the lightweight thin-walled CFS sections with improved buckling and torsional properties due to the restraints provided by thinlayered ECC. This paper investigated the shear performance of the new composite CFS/ECC section. Twenty-eight simply supported beams, with a shear span-to-depth ratio of 1.0, were assembled back-to-back and tested under a 3-point loading scheme. Bare CFS, composite CFS/ECC utilising ECC with Polyethylene fibres (PE-ECC), composite CFS/MOR, and CFS/HSC utilising high-strength mortar (MOR) and high-strength concrete (HSC) as replacements for PE-ECC were compared. Different failure modes were observed in tests: shear buckling modes in bare CFS sections, contact shear buckling modes in composite CFS/MOR and CFS/HSC sections, and shear yielding or block shear rupture in composite CFS/ECC sections. As a result, composite CFS/ECC sections showed up to 96.0% improvement in shear capacities over bare CFS, 28.0% improvement over composite CFS/MOR and 13.0% over composite CFS/HSC sections, although MOR and HSC were with higher compressive strength than PE-ECC. Finally, shear strength prediction formulae are proposed for the new composite sections after considering the contributions from the CFS and ECC components.
Storage racks are used worldwide in industries and commercial outlets due to the advantage of lighter, faster erection and easy alteration of pallet level as required. The studies to understand the behaviour of cold formed steel pallet racks, under seismic action is one of the emerging area of research. The rack consists of perforated uprights and beams with hook-in end connector, which enables the floor height adjustments. The dynamic characteristics of these racks are not well established. This paper presents the dynamic characteristics of 3-D single bay two storey pallet rack system with hook-in end connectors, which is tested on shake table. The sweep sine test and El Centro earthquake acceleration is used to evaluate the seismic performance of the cold formed steel pallet racks. Also an attempt is made to evaluate the realistic dynamic characteristics by using STAAD Pro software. Modal analysis is performed by incorporating the effective moment of inertia of the upright, which considers the effect of presence of perforations and rotational stiffness of the beam-to-upright connection to determine the realistic fundamental frequency of pallet racks, which is required for carrying out the seismic design. Finite element model of the perforated upright section has been developed as a cantilever beam through which effective moment of inertia is evaluated. The stiffness of the hook-in connector is taken from the previous study by Prabha et al. (2010). The results from modal analysis are in good agreement with the respective experimental results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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