This study analytically evaluated the seismic performance of wind-designed diagrid tall steel buildings in regions of moderate/low seismicity and strong winds. To this end, diagrid tall steel buildings with varying wind exposure and slenderness ratio (building height-to-width ratio) conditions were designed to satisfy the wind serviceability criteria specified in the Korean Building Code and the National Building Code of Canada. A series of seismic analyses were then performed for earthquakes having 43- and 2475- year return periods utilizing the design guidelines of tall buildings. The analyses demonstrated the good seismic performance of these wind-designed diagrid tall steel buildings, which arises because significant overstrength of the diagrid system occurs in the wind design procedure. Also, analysis showed that the elastic seismic design process of diagrid tall steel buildings might be accepted based on some wind exposures and slenderness ratios.
This study involves a series of experiments on the buckling strength of eccentrically compressed cold-formed stainless steel square hollow-section columns. The principal parameters in this study are slenderness ratios ($L_k/r$ = 30, 50, 70) and magnitude of eccentricity e (0, 25, 50, 75, 100 mm) on the symmetrical end-moment. The objectives of this paper are to obtain the buckling loads by conducting a series of experiments and to compare the behavior of the eccentrically compressed cold-formed stainless steel square hollow-section columns with the results of the analysis. The ultimate buckling strength of the square-section members were determined with the use of a numerical method in accordance with the bending moment-axial force (M-P) interaction curves. The behavior of each specimen was displayed in the form of a moment-radian (M-${\theta}$) relationship. The numerically obtained ultimate-buckling interaction curves of the beam columns coincided with the results of the experiments.
Elastic constraints are usually simplified as "spring forces" exerted on beam ends without considering the "spring deformation". The partial differential equation governing the free vibrations of a cantilever Bernoulli-Euler beam considering the deformation of elastic constraints is firstly established, and is nondimensionalized to obtain two dimensionless factors, $k_v$ and $k_r$, describing the effects of elastically vertical and rotational end constraints, respectively. Then the frequency equation for the above Bernoulli-Euler beam model is derived using the method of separation of variables. A numerical analysis method is proposed to solve the transcendental frequency equation for the continuous change of the frequency with $k_v$ and $k_r$. Then the mode shape functions are given. Finally, effects of $k_v$ and $k_r$ on free vibration characteristics of the beam with different slenderness ratios are calculated and analyzed. The results indicate that the effects of $k_v$ are larger on higher-order free vibration characteristics than on lower-order ones, and the impact strength decreases with slenderness ratio. Under a relatively larger slenderness ratio, the effects of $k_v$ can be neglected for the fundamental frequency characteristics, while cannot for higher-order ones. However, the effects of $k_r$ are large on both higher- and lower-order free vibration characteristics, and cannot be neglected no matter the slenderness ratio is large or small.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.48
no.4
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pp.330-335
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2011
This paper presents estimation of average compressive strengths of three types of stiffened panels under lateral pressure and axial compression based on simplified formulas from CSRs and nonlinear FEAs. FEA scenarios are prepared based on the slenderness ratios of the stiffened panels used for in-service vessels. The seven step lateral pressures by 1bar increment are imposed on FE models assuming maximum 30m water height. The number of FEAs for FB-, AB-, and TB-stiffened panels is totally 189 times. FEA results show that existence of pressure can evolves significant reduction of ultimate strengths, meanwhile CSR formulas do not take into account the lateral pressure effect. Lateral pressure acting on the stiffened panel with higher column slenderness ratio more reduces the ultimate strengths than those with smaller column slenderness ratio. A new concept of relative average compressive strain energy instead of the ultimate strength is introduced in order to rationally compare the average compressive strength through complete compressive straining regime. The differences of the ultimate strengths between CSR formulas and FEA results are relatively small for FB- and AB-stiffened panels, but larger discrepancies of relative average compressive strain energies are shown.
Ramos, Salvador;Arredondo, Cesar;Reinoso, Eduardo;Leonardo-Suarez, Miguel;Torres, Marco A.
Earthquakes and Structures
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v.20
no.1
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pp.71-86
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2021
This paper focuses on the development and assessment of the expected damage for the rocking response of rigid anchored blocks, with irregular geometry and non-uniform mass distribution, considering the site conditions and the seismicity of Mexico City. The non-linear behavior of the restrainers is incorporated to evaluate the pure tension and tension-shear failure mechanisms. A probabilistic framework is performed covering a wide range of block sizes, slenderness ratios and eccentricities using physics-based ground motion simulation. In order to incorporate the uncertainties related to the propagation of far-field earthquakes with a significant contribution to the seismic hazard at study sites, it was simulated a set of scenarios using a stochastic summation methods of small-earthquakes records, considered as Empirical Green's Function (EGFs). As Engineering Demand Parameter (EDP), the absolute value of the maximum block rotation normalized by the body slenderness, as a function of the peak ground acceleration (PGA) is adopted. The results show that anchorages are more efficient for blocks with slenderness ratio between two and three, while slenderness above four provide a better stability when they are not restrained. Besides, there is a range of peak intensities where anchored blocks located in soft soils are less vulnerable with respect to those located in firm soils. The procedure used in here allows to take decisions about risk, reliability and resilience assessment of different types of contents, and it is easily adaptable to other seismic environments.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2003.05a
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pp.846-851
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2003
The differential equations governing free, in-plane vibrations of non-circular arches with non-uniform cross-section, including the effects of rotatory inertia, shear deformation and axial deformation, are derived and solved numerically to obtain frequencies. The lowest four natural frequencies are calculated for the prime parabolic arches with hinged-hinged, hinged-clamped, and clamped-clamped end constraints. Three general taper types for rectangular section are considered. A wide range of arch rise to span length ratios, slenderness ratios, and section ratios are considered. The agreement with results determined by means of a finite element method is good from an engineering viewpoint.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.17
no.8
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pp.456-464
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2016
Increasing the strength of structural materials allows their self-weight to be reduced and this, in turn, enables the structures to satisfy esthetic requirements. The yield strength of high-performance steel is almost 480 MPa, which is approximately 50% higher than that of general structural steel. The use of high strength materials, however, makes the sections more slender, which can potentially result in significant local stability problems. The strength of slender element sections might be governed by their elastic buckling behavior, and the elastic buckling strength is very sensitive to the boundary conditions. Because the web provides the boundary conditions of the compressive thin-flange, the stiffness of the web can affect the elastic buckling strength of the flange. In this study, therefore, the effects of the flange and web slenderness ratios on the elastic flange local buckling of I-girders subjected to a pure bending moment were evaluated by finite element analysis (FEA). The analysis results show that the elastic local buckling strength and buckling modes were affected not only by the web support conditions, but also by the flange and web slenderness ratios.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1996.04a
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pp.300-305
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1996
Reinforced concrete column is an effective structural element to take advantage of high strength concrete. This paper presents an experimental and analytical strength of high strength concrete rectangular tied column sections under eccentric loading. The test variables are concrete strength, steel ratios, slenderness and eccentricity. The analytical results of the ACI's rectangular stress block, Zia's modified rectangular stress block, and a trapezoid block are compared with experimentally obtained data. It may be concluded that the trapezoid stress block provided the most reasonable column section capacities for high strength concrete columns.
Recently, Concrete-filled double skin steel tubular (CFDST) columns have proven an exceptional structural resistance in terms of strength, stiffness, and ductility. However, the resistance of these column members can be severely affected by the type of loading in which bending stresses increase in direct proportion with axial load and eccentricity value. This paper presents a non-linear finite element based modeling approach that studies the behavior of slender CFDST columns under biaxial loading. Finite element models were calibrated based on the outcomes of experimental work done by other researchers. Results from simulations of slender CFDST columns under axial loading eccentric in one direction showed good agreement with the experimental response. The calibrated models are expanded to a total of thirty models that studies the behavior of slender CFDST columns under combined compression and biaxial bending. The influences of parameters that are usually found in practice are taken into consideration in this paper, namely, eccentricity-to-diameter (e/D) ratios, slenderness ratios, diameter-to-thickness (D/t) ratios, and steel contribution ratios. Finally, an analytical study based on current code provisions is conducted. It is concluded that South African national standards (2011) provided the most accurate results contrasted with the Eurocode 4 (2004) and American Institute of Steel Construction (2016) that are found to be conservative. Accordingly, correction factors are proposed to the current design guidelines to provide more satisfactory results.
In-plane free vibrations of circular beams with stepped cross-sections are investigated by using the exact analytical solution. The axial extension, transverse shear deformation and rotatory inertia effects are taken into account. The stepped arch is divided into a number of arches with constant cross-sections. The exact solution of the governing equations is obtained by the initial value method. Several examples of arches with different step ratios, different locations of the steps, boundary conditions, opening angles and slenderness ratios for the first few modes are presented to illustrate the validity and accuracy of the method. The effects of the geometric parameters on the natural frequencies are investigated in details. Several examples in the literature are solved and the results are given in tables. The agreement of the results is good for all examples considered. The mode transition phenomenon is also observed for the stepped arches. Some examples are solved also numerically by using the commercial finite element program ANSYS.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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