Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.24
no.2
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pp.91-99
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2024
In this paper, machine learning models were applied to predict the seismic response of steel frame structures. Both geometric and material nonlinearities were considered in the structural analysis, and nonlinear inelastic dynamic analysis was performed. The ground acceleration response of the El Centro earthquake was applied to obtain the displacement of the top floor, which was used as the dataset for the machine learning methods. Learning was performed using two methods: Decision Tree and Random Forest, and their efficiency was demonstrated through application to 2-story and 6-story 3-D steel frame structure examples.
An experimental study was performed to investigate the seismic performance of solid steel reinforced concrete (SRC) frames with special-shaped columns that are composed of SRC special-shaped columns and reinforced concrete beams. For this purpose, two models of two-bay and three-story frame, including an edge frame and a middle frame, were designed and tested. The failure process and patterns were observed. The mechanical behaviors such as load-displacement hysteretic loops and skeleton curves, load bearing capacity, drift ratio, ductility, energy dissipation and stiffness degradation of test specimens were analyzed. Test results show that the failure mechanism of solid SRC frame with special-shaped columns is the beam-hinged mechanism, satisfying the seismic design principle of "strong column and weak beam". The hysteretic loops are plump, the ductility is good and the capacity of energy dissipation is strong, indicating that the solid SRC frame with special-shaped columns has excellent seismic performance, which is better than that of the lattice SRC frame with special-shaped columns. The ultimate elastic-plastic drift ratio is larger than the limit value specified by seismic code, showing the high capacity of collapse resistance. Compared with the edge frame, the middle frame has higher carrying capacity and stronger energy dissipation, but the ductility and speed of stiffness degradation are similar. All these can be helpful to the designation of solid SRC frame with special-shaped columns.
Single-storey industrial buildings are one of the most often type of structures built among various skeletal framed steel constructions. These metallic buildings offer an exceptional opportunity to minimise the material employed, contributing to a more sustainable construction. In particular, the mansard portal frame is a typology made up of broken beams that involves different lengths and discontinuous slopes. This study aims the weight reduction of the standard mansard portal frame with design purposes by means of varying four parameters: the kink position, the eaves-apex slope, the span and the columns height. In this work, we suggest some guidelines that can improve the economical competitive capabilities of their structural design. In all the cases analysed, the joints of the portal frame are placed over the theoretical non-funicular shape to uniform loads. This allows reducing the bending moment and the shear force, but increasing the axial force. In addition, the performance of mansard and typical pitched portal frames submitted to the same boundary conditions is compared in terms of efficiency in the use of steel. In the large majority of the cases, mansard typologies are lighter than the common pitched frames and, hence, more economical.
Reinforced concrete buildings with shearwalls are very efficient to resist earthquake disturbances. In general, reinforced concrete frames are governed by flexure and shearwalls are governed by shear. If a structure included both frames and shearwalls, it is generally governed by shearwalls. However, the ductility of ordinary reinforced concrete is very limited. To improve the ductility, a series of tests on framed shearwalls made of corrugated steel was performed previously and the experimental results were compared with ordinary reinforced concrete frames and shearwalls. It was found that ductility of framed shearwalls could be greatly improved if the thickness of the corrugated steel wall is appropriate to the surrounding reinforced concrete frame. In this paper, an analytical model is developed to predict the horizontal load-displacement relationship of hybrid reinforced concrete frame-steel wall systems according to the analogy of truss models. This analytical model is based on equilibrium and compatibility conditions as well as constitutive laws of corrugated steel. The analytical predictions are compared with the results of tests reported in the previous paper. It is found that proposed analytical model can predict the test results with acceptable accuracy.
The nonlinear behavior of a connection has an influence on the behavior (the $P-\Delta$ effect) and the stability of a steel unbraced frame when a semi-rigid connection is applied as a beam-to-column connection. Therefore, the effects of a connection's non-linear behavior on the behavior and stability of a steel unbraced frame were investigated using second-order inelastic analysis, after which the main influence factors and their behavioral tendencies were studied. The study results showed that the nonlinear behavior of a connection directly affects the stability of a steel unbraced frame, and that the main influence factors are the rotational stiffness of the connection and the location of a semi-rigid connection.
The paper investigates the seismic performance of a Partially-Restrained (PR) steel-concrete composite frame using the probabilistic approach. The analysed frame was tested at the ELSA laboratory of the Joint Research Centre of Ispra (Italy), while the representative beam-to-column composite connections were tested at the Universities of Pisa, Milan and Trento (Italy). The component modelling of both interior and exterior composite joints is described first, including the experimental-numerical validation. The Latin Hypercube method has been used to draw the probabilistic distribution curves of joints, and then the whole PR composite frame has been analysed. Pushover and incremental dynamic analyses have been carried out using the non-linear FE code SAP2000 version 9.1. The fragility and performance curves of the PR composite frame have been determined for four damage limit states.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2001.10a
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pp.245-252
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2001
The ultimate strength testing of a two-story, single-bay, and sway allowed space steel frame was performed. Considering a majority of large-scale frame tests in the past, only two-dimensional frames were experimentally studied. Therefore, three-dimensional experiment is needed to extend the knowledge of this field. The steel frame subjected to non-proportional vertical and horizontal load was tested. The load-displacement curve of the test frame is provided. The experiment results are useful for verification of the three-dimensional numerical analysis. The results obtained from 3D non-linear analysis using ABAQUS were compared with experimental data.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2003.10a
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pp.195-201
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2003
A fibered element for the material and geometric nonlinear analysis of three-dimensional reinforced and prestressed concrete frame is presented. The fibered frame element is idealized as an assemblage of concrete and reinforcing steel fibers in order to account for varied material properties within the cross section of the frame element through elastic, cracking and ultimated stages of materials. Prestressing tendon is modeled as an assemblage of multilinear prestressing steel segments each of which spans a frame element. The contribution of each prestressing steel is added directly to the fibered frame element. Numerical results from the ultimate analysis of three-dimensional PSC box girder are compared with those obtained from other investigator. The validity and the capability of the present nonlinear analysis model is well demonstrated.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2013.05a
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pp.19-20
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2013
Green Frame is a column-beam system constructed by composite precast column and beam connected by embedded steel of their. From when the precast concrete beam of Green Frame is installed, until the concrete of slab and connection joint is cured, the self load of beam shall be supported by the embedded steel of it. Therefore, the concrete of beam could be separated from the embedded steel if the shear connector of beam of Green Frame is designed by the code on Structural standard. So, this study suggest an equation for the shear connection of composite precast concrete beams of Green Frame. The result of this study will be used as the main equation of the calculation model for shear connectors of composite precast concrete beams.
In this study a multi-objective optimization problem is solved. The objectives used here include simultaneous minimum construction cost in term of sections weight, minimum structural damage using a damage index, and minimum non-structural damage in term of inter-story drift under the applied ground motions. A high-speed and low-error neural network is trained and employed in the process of optimization to estimate the results of non-linear time history analysis. This approach can be utilized for all steel or concrete frame structures. In this study, the optimal design of a planar eccentric braced steel frame is performed with great detail, using the presented multi-objective algorithm with a discrete population and then a moment resisting frame is solved as a supplementary example.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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