보 구조물들은 보다 우수한 성능을 위하여 다양한 형태의 보강재 또는 단면 형상을 가지게 된다. 강성재단을 설계에 적용하기 위해서는 강성재단에 의해서 발생하는 연계 거동을 정확하게 예측하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 문헌에서 보고된 복합재료 보의 특이한 연계거동(면외 굽힘-전단 연계)을 실험적으로 확인하기 위하여, 등가의 동적 연계거동을 나타내는 강성재단 된 등방성 박스보를 제작하였다. 제작된 시편의 주파수 및 모드 형상 등의 동적 특성을 3 차원 유한요소해석과 비교 검토하여, 문헌에 보고된 특이한 전단 연계 거동이 발생함을 확인하였다. 이러한 거동은 보강재의 적절한 배치를 통해 원하는 방향으로 강성재단 될 수 있고, 얻어진 연계 거동은 다양한 분야에 응용될 수 있다.
Yousefi, Amir M.;Lim, James B.P.;Uzzaman, Asraf;Lian, Ying;Clifton, G. Charles;Young, Ben
Steel and Composite Structures
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제21권3호
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pp.629-659
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2016
In cold-formed stainless steel lipped channel-sections, web openings are becoming increasingly popular. Such openings, however, result in the sections becoming more susceptible to web crippling, especially under concentrated loads applied near the web opening. This paper presents the results of a finite element parametric study into the effect of circular web openings on the web crippling strength of cold-formed stainless steel lipped channel-sections for the interior-one-flange (IOF) loading condition. This involves a bearing load applied to the top flange of a length of member, away from the end supports. The cases of web openings located centred beneath the bearing load (i.e. beneath the bearing plate delivering the load) and offset to the bearing plate, are considered. Three grades of stainless steel are considered: duplex EN1.4462, austenitic EN1.4404 and ferretic EN1.4003. In total, 2218 finite element models were analyzed. From the results of the parametric study, strength reduction factors for load bearing capacity are determined, where these reduction factors are applied to the bearing capacity calculated for a web without openings, to take account the influence of the web openings. The strength reduction factors are first compared to equations recently proposed for cold-formed carbon steel lipped channel-sections. It is shown that for the case of the duplex grade, the strength reduction factor equations for cold-formed carbon steel are conservative but only by 2%. However, for the cases of the austentic and ferritic grades, the cold-formed carbon steel equations are around 9% conservative. New strength reduction factor equations are proposed for all three stainless steel grades.
In this paper, it is aimed to evaluate the earthquake angle influence on the seismic performance of steel highway bridges. Upper-deck steel highway bridge, which has arch type load bearing system with a total length of 216 m, has been selected as an application and analyzed using finite element methods. The bridge is subjected to 1992 Erzincan earthquake ground motion components in nineteen directions whose values range between 0 to 90 degrees, with an increment of 5 degrees. The seismic weight is calculated using full dead load plus 30% of live load. The variation of maximum displacements in each directions and internal forces such as axial forces, shear forces and bending moments for bridge arch and deck are attained to determine the earthquake angle influence on the seismic performance. The results show that angle of seismic input motion considerably influences the response of the bridge. It is seen that maximum arch displacements are obtained at X, Y and Z direction for $0^{\circ}$, $65^{\circ}$ and $5^{\circ}$, respectively. The results are changed considerably with the different earthquake angle. The maximum differences are calculated as 57.06%, 114.4% and 55.71% for X, Y and Z directions, respectively. The maximum axial forces, shear forces and bending moments are obtained for bridge arch at $90^{\circ}$, $5^{\circ}$ and $0^{\circ}$, respectively. The maximum differences are calculated as 49.12%, 37.37% and 51.50%, respectively. The maximum shear forces and bending moments are obtained for bridge deck at $0^{\circ}$. The maximum differences are calculated as 49.67%, and 49.15%, respectively. It is seen from the study that the variation of earthquake angle effect the structural performance of highway bridges considerably. But, there is not any specific earthquake angle of incidence for each structures or members which increases the value of internal forces of all structural members together. Each member gets its maximum value of in a specific angle of incidence.
The proper selection of materials for the intended use of the structural member is of particular interest. The paper deals with determining both the mechanical properties at different temperatures and the behavior in tensile creep as well as fatigue testing of tensile stressed specimens made of low alloy 42CrMo4 steel delivered as annealed and cold drawn. This steel is usually used in engineering practice in design of statically and dynamically stressed components. Displayed engineering stress - strain diagrams indicate the mechanical properties, creep curves indicate the material creep behavior while experimental investigations of fatigue may ensure the fatigue limit determination for considered stress ratio. Also, hardness testing provides an insight into material resistance to plastic deformation. Experimentally obtained results regarding material properties were: tensile strength (735 MPa / $20^{\circ}C$, 105 MPa / $680^{\circ}C$), yield strength (593 MPa / $20^{\circ}C$, 76 MPa / $680^{\circ}C$). Fatigue limit in the amount of 532.26 MPa, as maximum stress at stress ratio R = 0.25 at ambient temperature was calculated on the basis of experimentally obtained results. Regarding the creep resistance it is visible that this steel can be treated as creep resistant at high temperatures (including $580^{\circ}C$) when applied stress is of low level (till 0.2 of yield stress).
The inclusion of a ductile steel bracing as means of repairing an earthquake-damaged bridge bent is evaluated and experimentally assessed for the purposes of restoring the damaged bent's strength and stiffness and further improving the energy dissipation capacity. The study is focused on substandard reinforced concrete multi-column bridge bents constructed in the 1950 to mid-1970 in the United States. These types of bents have numerous deficiencies making them susceptible to seismic damage. Large-scale experiments were used on a two-column reinforced concrete bent to impose considerable damage of the bent through increasing amplitude cyclic deformations. The damaged bent was then repaired by installing a ductile fuse steel brace in the form of a buckling-restrained brace in a diagonal configuration between the columns and using post-tensioned rods to strengthen the cap beam. The brace was secured to the bent using steel gusset plate brackets and post-installed adhesive anchors. The repaired bent was then subjected to increasing amplitude cyclic deformations to reassess the bent performance. A subassemblage test of a nominally identical steel brace was also conducted in an effort to quantify and isolate the ductile fuse behavior. The experimental data from these large-scale experiments were analyzed in terms of the hysteretic response, observed damage, internal member loads, as well as the overall stiffness and energy dissipation characteristics. The results of this study demonstrated the effectiveness of utilizing ductile steel bracing for restoring the bent and preventing further damage to the columns and cap beams while also improving the stiffness and energy dissipation characteristics.
최근 철근의 부식과 관련된 철관콘크리트 바닥판의 내구성에 대한 문제점이 증가되면서 부식에 대한 저항성이 크며, 기존 구조용 재료에 비해 여러 가지 물리적, 역학적 장점을 가진 섬유보강플래스틱을 사용한 보강재의 사용성이 증가되고 있다. 본 연구는 GFRP Re-Bar 다발로 보강된 1방향 슬래브의 휨거동에 관한 실험적 연구로서, 국내에서 개발된 GFRP Re-bar의 인장시험을 수행하였으며, GFRP Re-Bar의 보강량을 증가시켜가며 단위 폭을 갖는 1방향 슬래브 실험체를 제작하고 3등분점 재하실험을 수행하였다. 각 실험체에 대한 이론적인 해석은 철근콘크리트 휨부재의 해석 및 설계방법을 수정, 보완하여 개발된 ACI Committee 440에 따라 수행하였으며, 실험결과와 이론적 해석결과를 비교, 분석하였다. 연구결과 ACI Committee 440에 의해 추정한 각 실험체의 하중처짐 거동은 실험결과와 비교적 잘 일치함을 알 수 있었으며, FRP Re-Bar로 보강된 콘크리트 바닥판의 설계규준을 확립하기 위해서는 강도에 대한 한계상태뿐만 아니라 처짐 등 사용성에 대한 한계상태가 결정되어야 할 것이라 생각된다.
Modular steel scaffolds are commonly used as supporting scaffolds in building construction, and traditionally, the load carrying capacities of these scaffolds are obtained from limited full-scale tests with little rational design. Structural failure of these scaffolds occurs from time to time due to inadequate design, poor installation and over-loads on sites. In general, multi-storey modular steel scaffolds are very slender structures which exhibit significant non-linear behaviour. Hence, secondary moments due to both $P-{\delta}$ and $P-{\Delta}$ effects should be properly accounted for in the non-linear analyses. Moreover, while the structural behaviour of these scaffolds is known to be very sensitive to the types and the magnitudes of restraints provided from attached members and supports, yet it is always difficult to quantify these restraints in either test or practical conditions. The problem is further complicated due to the presence of initial geometrical imperfections in the scaffolds, including both member out-of-straightness and storey out-of-plumbness, and hence, initial geometrical imperfections should be carefully incorporated. This paper presents an extensive numerical study on three different approaches in analyzing and designing multi-storey modular steel scaffolds, namely, a) Eigenmode Imperfection Approach, b) Notional Load Approach, and c) Critical Load Approach. It should be noted that the three approaches adopt different ways to allow for the non-linear behaviour of the scaffolds in the presence of initial geometrical imperfections. Moreover, their suitability and accuracy in predicting the structural behaviour of modular steel scaffolds are discussed and compared thoroughly. The study aims to develop a simplified and yet reliable design approach for safe prediction on the load carrying capacities of multi-storey modular steel scaffolds, so that engineers can ensure safe and effective use of these scaffolds in building construction.
Fire incident in buildings is common, so the fire safety design of the framed structure is imperative, especially for the unprotected or partly protected bare steel frames. However, software for structural fire analysis is not widely available. As a result, the performance-based structural fire design is urged on the basis of using user-friendly and conventional nonlinear computer analysis programs so that engineers do not need to acquire new structural analysis software for structural fire analysis and design. The tool is desired to have the capacity of simulating the different fire scenarios and associated detrimental effects efficiently, which includes second-order P-D and P-d effects and material yielding. Also the nonlinear behaviour of large-scale structure becomes complicated when under fire, and thus its simulation relies on an efficient and effective numerical analysis to cope with intricate nonlinear effects due to fire. To this end, the present fire study utilizes a second-order elastic/plastic analysis software NIDA to predict structural behaviour of bare steel framed structures at elevated temperatures. This fire study considers thermal expansion and material degradation due to heating. Degradation of material strength with increasing temperature is included by a set of temperature-stress-strain curves according to BS5950 Part 8 mainly, which implicitly allows for creep deformation. This finite element stiffness formulation of beam-column elements is derived from the fifth-order PEP element which facilitates the computer modeling by one member per element. The Newton-Raphson method is used in the nonlinear solution procedure in order to trace the nonlinear equilibrium path at specified elevated temperatures. Several numerical and experimental verifications of framed structures are presented and compared against solutions in literature. The proposed method permits engineers to adopt the performance-based structural fire analysis and design using typical second-order nonlinear structural analysis software.
합성보의 쉬어코넥트로 널리 사용되고 있는 스터드볼트는 현재 학회규준에 강재의 재질은 용접성을 고려한 SS400이 규정되어 있으며, 그 전단내력의 산정식은 압축강도 $300kgf/cm^2$ 이하의 콘크리트를 대상으로 하고 있다. 한편 합성구조의 보급에 따라 합성보 뿐만 아니라 다른 구조부분에서도 강재과 콘크리트를 결합하는 쉬어코넥트 혹은 다른 용도의 접합재의 필요성과 함께 강재와 콘크리트의 고강도화, 프리캐스트화가 예상된다. 따라서 본 연구에서는 고강도 콘크리트와 강부재를 결합하기 위한 고강도 스터드의 개발을 목적으로 행하여진 일련의 실험결과를 보고하였다. 또한 스터드의 강성을 증대시키기 위한 강관을 이용한 쉬어콘넥트(이하, 파이프 스터드라고 한다)를 고안하였다. 본 논문에서는 고강도 스터드의 용접성, 역학특성에 관한 실험적 검토와 동시에 고강도 고강성 스터드인 파이프 스터드의 강성 내력을 종래의 스터드 볼트와의 비교실험을 하여 파이프 스터드의 유효성을 검증한다.
Kamanli, Mehmet;Korkmaz, Hasan H.;Unal, Alptug;Balik, Fatih S.;Bahadir, Fatih;Cogurcu, Mustafa T.
Earthquakes and Structures
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제8권3호
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pp.761-778
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2015
The objective of this paper is to report the result of an experimental program conducted on the strengthening of nonductile RC frames by using external mesh reinforcement and plaster application. The main objective was to test an alternative strengthening technique for reinforced concrete buildings, which could be applied with minimum disturbance to the occupants. Generic specimen is two floors and one bay RC frame in 1/2 scales. The basic aim of tested strengthening techniques is to upgrade strength, ductility and stiffness of the member and/or the structural system. Six specimens, two of which were reference specimens and the remaining four of which had deficient steel detailing and poor concrete quality were strengthened and tested in an experimental program under cyclic loading. The parameters of the experimental study are mesh reinforcement ratio and plaster thickness of the infilled wall. The effects of the mesh reinforced plaster application for strengthening on behavior, strength, stiffness, failure mode and ductility of the specimens were investigated. Premature and unexpected failure mode has been observed at first and second specimens failed due to inadequate plaster thickness. Also third strengthened specimen failed due to inadequate lap splice of the external mesh reinforcement. The last modified specimen behaved satisfactorily with higher ultimate load carrying capacity. Externally reinforced infill wall composites improve seismic behavior by increasing lateral strength, lateral stiffness, and energy dissipation capacity of reinforced concrete buildings, and limit both structural and nonstructural damages caused by earthquakes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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