This study investigated the out-of-plane elastic buckling load and effective length factor of X-bracing system. The members of X-bracing system which are studied in this paper are rigidly attached to the structure at their end connections, and are pinned or rigidly connected at their point of intersection. The effective length factors are derived for the general case where the tension and compression brace have different material and geometrical properties.
This study examined the structural behaviors and ultimate loads of assembled system scaffolds by load tests. Considering the number of bay and bracing installation, four specimens were tested. The bays were divided into 1 bay and 2 bays, with and without the bracing member installed. Failure modes and horizontal displacements show that the whole column buckled without showing no point of inflection in the column, regardless of whether or not braces were installed. Thus, the current design method of selecting the vertical spacing between the horizontal members of the system scaffold as the effective buckling length underestimates the effective buckling length. In case of 1 bay specimens, the ultimate loads between specimens with and with bracing members are similar. However, in case of 2 bay specimens, the specimen with bracing members shows the increased ultimate load of 36% compared with that without bracing members. In addition, as the number of bays in the system scaffold increases, the ultimate load of the unit vertical column increases in case of the specimen with bracing installation. However, in the specimen without bracing members, the ultimate load of the unit column reduces with the increment of the number of bays due to the torsional buckling. Therefore, it is essential to install bracing members to increase the whole strength of system scaffolds and the ultimate load of the unit column.
In this article the seismic demand and performance of two recent braced steel frames named steel moment frames with the elliptic bracing (ELBRFs) are assessed through a laboratory program and numerical analyses of FEM. Here, one of the specimens is without connecting bracket from the corner of the frame to the elliptic brace (ELBRF-E), while the other is with the connecting brackets (ELBRF-B). In both the elliptic braced moment resisting frames (ELBRFs), in addition to not having any opening space problem in the bracing systems when installed in the surrounding frames, they improve structure's behavior. The experimental test is run on ½ scale single-story single-bay ELBRF specimens under cyclic quasi-static loading and compared with X-bracing and SMRF systems in one story base model. This system is of appropriate stiffness and a high ductility, with an increased response modification factor. Moreover, its energy dissipation is high. In the ELBRF bracing systems, there exists a great interval between relative deformation at the yield point and maximum relative deformation after entering the plastic region. In other words, the distance from the first plastic hinge to the collapse of the structure is fairly large. The experimental outcomes here, are in good agreement with the theoretical predictions.
Jouneghani, Habib Ghasemi;Haghollahi, Abbas;Beheshti-Aval, S. Bahram
Steel and Composite Structures
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v.37
no.2
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pp.175-191
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2020
In this article, for the first time, the seismic behavior of elliptic-braced moment resisting frame (ELBRF) is assessed through a laboratory program and numerical analyses of FEM specifically focused on the development of global- and local-type failure mechanisms. The ELBRF as a new lateral braced system, when installed in the middle bay of the frames in the facade of a building, not only causes no problem to the opening space of the facade, but also improves the structural behavior. Quantitative and qualitative investigations were pursued to find out how elliptic braces would affect the failure mechanism of ELBRF structures exposed to seismic action as a nonlinear process. To this aim, an experimental test of a ½ scale single-story single-bay ELBRF specimen under cyclic quasi-static loading was run and the results were compared with those for X-bracing, knee-bracing, K-bracing, and diamond-bracing systems in a story base model. Nonlinear FEM analyses were carried out to evaluate failure mechanism, yield order of components, distribution of plasticity, degradation of structural nonlinear stiffness, distribution of internal forces, and energy dissipation capacity. The test results indicated that the yield of elliptic braces would delay the failure mode of adjacent elliptic columns and thus, help tolerate a significant nonlinear deformation to the point of ultimate failure. Symmetrical behavior, high energy absorption, appropriate stiffness, and high ductility in comparison with the conventional systems are some of the advantages of the proposed system.
This study aims to introduce a new bracing system by which even super-wide frames with large openings can be braced. The proposed system, hereafter called Cable-Pulley Brace (CPB), is a tension-only bracing system with a rectilinear configuration. In CPB, a wire rope passes through a rectilinear path around the opening(s) and connects the lower corner of the frame to its opposite upper one. CPB is a secondary load resisting system with a nonlinear-elastic hysteretic behavior due to its initial pre-tension load. As a result, the required energy dissipation would be provided by the MRF itself, and the main intention of using CPB is to contribute to the initial and post-yield stiffness of the whole system. Using a stiffness calibration technique, optimum placement of the CPBs is discussed to yield a uniform displacement demand along the height of the structure. A displacement-based design procedure is proposed by which the MRF with CPB can be designed to achieve a uniform distribution of inter-story drifts with predefined values. Obtained results indicated that CPB leads to significant reductions in maximum and residual deformations of the MRF at the expense of minor increase in the maximum base shear and developed axial force demands in the columns. In the case of a typical 5-story residential building, compared to SMRF system, CPB system reduces maximum amounts of inter-story and residual drifts by 35% and 70%, respectively. Moreover, openings of the frame are not interrupted by the CPB. This is the most appealing feature of the proposed bracing system from architectural point of view.
A steel frame is one of the most commonly used structural systems due to its resistance to various types of applied loads. Many studies have been conducted to investigate the effects of several parameters, such as connection flexibility, the boundary condition of each support, and beam-to-column stiffness ratio, on the characteristic behavior of a frame. Based on the results of these studies, several design methods have been proposed. This research focused on the number of bolts on the rotational stiffness of a double-angle connection, and its effect on the story drift of a frame. To achieve these purposes, a simplified analytical model was proposed. Several experimental tests were also conducted to obtain the rotational connection stiffness of each double-angle connection.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.3
no.3
s.9
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pp.95-103
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2003
Frame is one of the most commonly used structural systems for the resistance of applied loads. Many researchers have recently conducted their studies to investigate the effect of several parameters such as the connection flexibility, boundary condition of each support, beam-to-column stiffness ratio. These parameters play important roles on the characteristic behavior of frames. A simplified spring model is proposed to obtain the story drifts of frames with various beam-to-column connection stiffnesses in this research. A point bracing system with adequate spring stiffness is also suggested to establish the relationship between the applied load and the resisting translational spring stiffness within the limit state of story drift.
System supports are widely used in concrete construction due to the convenience and structural safety at the point of both installation and dismantling. However, there were frequent collapses in the construction sites due to the absence of both structural review and brace installations. Therefore, this paper examines the importance of braces in the system supports. In order to examine the importance of the brace, four types of braces were considered: 100% braces, 50% braces, 25% braces, and without braces. The maximum displacement of the 100% braced model was 0.97 mm, the 50% braced model was 1.13 mm, the 25% braced model was 1.16 mm and the non-braced model was 24.3 mm, respectively. Compared to the model with the without-braces, the model with 100% of the braces installed has a displacement of 4.0%, the model with 50% of the braces showed a displacement of 4.7%, and the model with 25% of the braces appeared to be a displacement of 4.8%. That is, the installation of the braces is effective in reducing the maximum displacement of the system supports and is effective in reducing the maximum displacement with only small number of braces installed.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.6
no.1
s.19
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pp.45-54
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2006
A steel frame is one of the most commonly used structural systems due to its resistance to various types of applied loads. Many studies have been conducted to investigate the effects of connection flexibility, support conditions, and beam-to-column stiffness ratio on the story drift of a frame. Based on the results of these studies, several design guides have been proposed. This research has been conducted to predict the actual behavior of a double angle connection, and to establish its effect on the story drift and the maximum allowable load of a steel frame. For these purposes, several experimental tests were conducted and a simplified analytical model was proposed. This simplified analytical model consists of four spring elements as well as a column member. In addition, a point bracing system was proposed to control the excessive story drift of an unbraced steel frame.
Seismic analysis for steel frame structure with brace configuration using topology optimization based on truss-like material model is studied. The initial design domain for topology optimization is determined according to original steel frame structure and filled with truss-like members. Hence the initial truss-like continuum is established. The densities and orientation of truss-like members at any point are taken as design variables in finite element analysis. The topology optimization problem of least-weight truss-like continuum with stress constraints is solved. The orientations and densities of members in truss-like continuum are optimized and updated by fully-stressed criterion in every iteration. The optimized truss-like continuum is founded after finite element analysis is finished. The optimal bracing system is established based on optimized truss-like continuum without numerical instability. Seismic performance for steel frame structures is derived using dynamic time-history analysis. A numerical example shows the advantage for frame structures with brace configuration using topology optimization in seismic performance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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