Tubular construction is widely used in a range of civil and structural engineering applications. To date, the principal product range has comprised square, rectangular and circular hollow sections. However, hot-rolled structural steel elliptical hollow sections have been recently introduced and offer further choice to engineers and architects. Currently though, a lack of fundamental structural performance data and verified structural design guidance is inhibiting uptake. Of fundamental importance to structural metallic design is the concept of cross-section classification. This paper proposes slenderness parameters and a system of cross-section classification limits for elliptical hollow sections, developed on the basis of laboratory tests and numerical simulations. Four classes of cross-sections, namely Class 1 to 4 have been defined with limiting slenderness values. For the special case of elliptical hollow sections with an aspect ratio of unity, consistency with the slenderness limits for circular hollow sections in Eurocode 3 has been achieved. The proposed system of cross-section classification underpins the development of further design guidance for elliptical hollow sections.
A two-hour fire-resistance PC hollow slab for residential use was developed to secure structural and fire-resistance performance and to be applied to the general building and apartment housing markets. Compared to the existing hollow slab, in order to secure the same or better structural performance and economic feasibility by reducing the quantity, it was attempted to secure the fire resistance performance by reducing the concrete filling rate in the cross section and adjusting the thickness of the upper and lower flanges by optimizing the hollow shape in the cross section of the slab. For structural performance evaluation, experiments were performed on PC hollow slabs by varying the member thickness and the presence or absence of overlaid concrete, and all of the experimental results showed that the design strength was sufficiently exhibited and that stability during construction was possible. The developed synthetic PC hollow slab has secured fire resistance and residential performance so that it can be applied to all buildings, and it is intended to be immediately applied to the field.
The investigation on the behaviour of cold-formed stainless steel non-slender circular hollow section columns is presented in this paper. The normal strength austenitic stainless steel type 304 and the high strength duplex materials (austenitic-ferritic approximately equivalent to EN 1.4462 and UNS S31803) were considered in this study. The finite element method has been used to carry out the investigation. The columns were compressed between fixed ends at different column lengths. The geometric and material nonlinearities have been included in the finite element analysis. The column strengths and failure modes were predicted. An extensive parametric study was carried out to study the effects of normal and high strength materials on cold-formed stainless steel non-slender circular hollow section columns. The column strengths predicted from the finite element analysis were compared with the design strengths calculated using the American Specification, Australian/New Zealand Standard and European Code for cold-formed stainless steel structures. The numerical results showed that the design rules specified in the American, Australian/New Zealand and European specifications are generally unconservative for the cold-formed stainless steel non-slender circular hollow section columns of normal and high strength materials, except for the short columns and some of the high strength stainless steel columns. Therefore, different values of the imperfection factor and limiting slenderness in the European Code design rules were proposed for cold-formed stainless steel non-slender circular hollow section columns.
The circular hollow section is usually used for member of main frame to carry the external load in single layer lattice dome. But, the H-shaped section may be used for member of main frame since it is convenient for attaching roof panels. Single layer lattice domes have various buckling characteristics, such as the overall buckling, the member buckling, and nodal buckling. The purpose of this study is to compare buckling characteristics of single-layer lattice domes in which the H-shaped steel section as the existing domestically-produced structural steel is used as main frames to those of domes in which a circular hollow section is used as main frames.
A numerical model is presented to simulate the mechanical behaviour of composite steel and concrete columns taking into account the interaction between the hollow steel section and the concrete core. The model, based on displacement finite element methods with an Updated Lagrangian formulation, allows for geometrical and material non linearities combined with heating over all or a part of the section and column length. Comparisons of numerical calculations made using the model with 33 fire resistance tests show that the model is able to predict the fire resistance, expressed in minutes of fire exposure, of composite columns with a good accuracy.
This paper describes the design and behaviour of cold-formed stainless steel slender circular hollow section columns. The columns were compressed between fixed ends at different column lengths. The investigation focused on large diameter-to-plate thickness (D/t) ratio ranged from 100 to 200. An accurate finite element model has been developed. The initial local and overall geometric imperfections have been included in the finite element model. The material nonlinearity of the cold-formed stainless steel sections was incorporated in the model. The column strengths, load-shortening curves as well as failure modes were predicted using the finite element model. The nonlinear finite element model was verified against test results. An extensive parametric study was carried out to study the effects of cross-section geometries on the strength and behaviour of stainless steel slender circular hollow section columns with large D/t ratio. The column strengths predicted from the parametric study were compared with the design strengths calculated using the American Specification, Australian/New Zealand Standard and European Code for cold-formed stainless steel structures. It is shown that the design strengths obtained using the Australian/New Zealand and European specifications are generally unconservative for the cold-formed stainless steel slender circular hollow section columns, while the American Specification is generally quite conservative. Therefore, design equation was proposed in this study.
본 연구의 목적은 리브 보강된 강관 접합부의 유한요소 해석을 통하여 접합부의 극한강도를 추정하고 그 거동을 파악하는 것이다. 가셋트 강관 접합부의 강도는 관벽 모멘트에 의한 국부적인 응력집중 및 국부 소성화에 의해 크게 저하된다. 이러한 국부적인 응력분포를 재분배 시킬 목적으로 가셋트 상하 단부에 보강플레이트를 부착하고 있다. 이러한 접합부의 거동은 보강된 리브의 형상 및 보강 방법등에 따라 보강하지 않은 경우와 상당히 다르지만 현행 강관구조 설계식은 제한적인 부분만 다루고 있다. 따라서 본 연구에서는 ABAQUS 6.5.1을 사용하여 리브로 보강된 가셋트-강관 접합부의 거동과 구조적 성능을 파악하고 기존 접합부 내력식과 비교하여 리브 보강된 플레이트 원형 강관 X형 접합부에 적합한 내력식을 제안하고자 한다.
최근 건설현장은 인건비 상승, 중대재해처벌법 등으로 인한 건설 현장 여건의 변화로 탈현장 여건으로 프리캐스트 부재 생산에 대한 관심이 증대되고 있다. 특히, 프리캐스트 프리스트레스트 중공슬래브는 단면 내 중공형상을 두어, 중량감소 및 강연선을 통한 처짐 제어 등으로 구조성능은 확보하고 있으나, 현재 내화 성능 개선에 대한 미비한 연구 뿐만 아니라, 기업들의 근거 없는 당연내화구조 기준을 적용함에 내화성능 확보에 대한 시급성이 대두되고 있다. 이 연구에서는 기존 중공 슬래브와 비교하여 동등이상 구조성능, 경제성을 갖기 위하여 슬래브단면 내 중공 형상 최적화를 통해 단면 내 콘크리트 충진률 감소 및 상하부 플랜지 형상 개선으로 내화단면을 개발하였다. 이를 적용한 PC 중공 슬래브에 대하여 단면두께를 변수로 하여 2시간 내화시험을 진행하여, 실험결과 내화 성능(하중지지력, 차열성, 차염성)을 확보 하였다. 실험 결과 기반으로, 수치해석 시뮬레이션을 통해 내화모델링을 정립하여, 추후 단면형상 변경에 따라 내화 해석 예측이 가능한 것으로 판단된다.
중공슬래브 시스템은 슬래브 두께가 증가해도 자중은 크게 증가하지 않고, 일반슬래브에 비해서 휨성능이 크게 저하되지 않는 장점이 있다. 이러한 경제적인 건물 설계 및 친환경 구조물 구현을 가능하게 하는 시스템에도 불구하고 중공슬래브의 활용도는 현재로서는 낮다고 할 수 있다. 특히 국내의 건축분야에 있어서는 매우 낮은 편이다. 이러한 현 상황의 가장 큰 이유는 중공슬래브의 적용을 위한 구조 해석 및 설계방법이 일반화되어 있지 않다는 것이다. 본 연구에서는 실질적인 압축영역을 고려하기 위해 가정한 중공 단면형상에서 중립축 위치에 따른 압축응력블럭의 체적으로 휨강도 산정식을 제시하였다. 기존 중공부 상부만을 압축영역으로 고려한 휨강도 산정방법은 가장 보수적인 방법으로 판단되며 2개의 대체단면을 설정하여 휨내력을 산정하는 것이 더 실질적인 방법으로 판단된다.
축소모형 팔각형 기둥 실험체 2개를 제작하여 일정한 축력 하에서 반복 횡하중을 가력하는 실험을 수행하였다. 실험체는 중실단면과 중공단면이고 모든 실험체의 횡방향 나선철근 체적비는 0.00206의 값을 갖는다. 실험체들은 휨-전단 파괴거동을 보였다. 본 논문에서는 실험결과에 따른 파괴거동과 내진성능을 분석하였다. 실험결과, 중공 실험체는 초기강성, 초기 균열양상, 에너지 소산능력 등의 구조성능이 중실 실험체와 유사한 거동을 보였으나, 중공 실험체의 경우에는 3% 변위비 이후에 횡력, 극한변위, 에너지소산능력이 현저하게 감소되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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