Chang, Kyong Ho;Jang, Gab Chul;Lee, Chan Ho;Lee, Eun Taik
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.16
no.5
s.72
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pp.653-660
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2004
To increase the efficiency of the urban areas, pipe section steel piers, which have relatively small sections, must be constructed. Since smaller sections mean decreased load capacity, longitudinal stiffeners were applied to the pipe section steel piers to increase their load capacity. Increased load capacity through longitudinal stiffeners, however, could not yet be confirmed. Therefore, the effect of longitudinal stiffeners on the load capacity of pipe section steel piers still needs to be studied. In this paper, the effect of the number of longitudinal stiffeners on the load capacity of steel piers was determined by carrying out elastic plastic FE analysis on material and geometric non-linearity. In addition, comparative analyses of the parameters of the width, the thickness of longitudinal stiffeners, and the slenderness ratio of steel piers were carried out to determine the effects of longitudinal stiffeners.
Stiffeners can be utilised to enhance the strength of thin-walled wind turbine towers in engineering practise, thus, structural performance of wind turbine towers by means of different stiffening schemes should be compared to explore the optimal structural enhancement method. In this paper two alternative stiffening methods, employing horizontal or vertical stiffeners, for steel tubular wind turbine towers have been studied. In particular, two groups of three wind turbine towers of 50m, 150m and 250m in height, stiffened by horizontal rings and vertical strips respectively, were analysed by using FEM software of ABAQUS. For each height level tower, the mass of the stiffening rings is equal to that of vertical stiffeners each other. The maximum von Mises stresses and horizontal sways of these towers with vertical stiffeners is compared with the corresponding ring-stiffened towers. A linear buckling analysis is conducted to study the buckling modes and critical buckling loads of the three height levels of tower. The buckling modes and eigenvalues of the 50m, 150m and 250m vertically stiffened towers were also compared with those of the horizontally stiffened towers. The numbers and central angles of the vertical stiffeners are considered as design variables to study the effect of vertical stiffeners on the structural performance of wind turbine towers. Following an extensive parametric study, these strengthening techniques were compared with each other and it is obtained that the use of vertical stiffeners is a more efficient approach to enhance the stability and strength of intermediate and high towers than the use of horizontal rings.
In this paper, an analytical method for the Post-buckling response of cylindrical shells with spiral stiffeners surrounded by an elastic medium subjected to external pressure is presented. The proposed model is based on two parameters elastic foundation Winkler and Pasternak. The material properties of the shell and stiffeners are assumed to be continuously graded in the thickness direction. According to the Von Karman nonlinear equations and the classical plate theory of shells, strain-displacement relations are obtained. The smeared stiffeners technique and Galerkin method is used to solve the nonlinear problem. To valid the formulations, comparisons are made with the available solutions for nonlinear static buckling of stiffened homogeneous and un-stiffened FGM cylindrical shells. The obtained results show the elastic foundation Winkler on the response of buckling is more effective than the elastic foundation Pasternak. Also the ceramic shells buckling strength higher than the metal shells and minimum critical buckling load is occurred, when both of the stiffeners have angle of thirty degrees.
In this study, reinforcing effects of umbrella-type shell roofs structures such as stadium, exhibition, auditorium and museum are analyzed. Umbrella-type shell roofs treated in this study are practical shapes of conical shells. The objective of this study is to analyze reinforcing effects of umbrella-type shell roofs with stiffeners. Various locations of stiffeners, that is, edge ring A, B, center ring, junction stringer and center stringer are presented and the effects of reinforcement is examined. Also, the reduction effects of roofs thickness by stiffeners are examined. It is shown that the thickness of roofs can be reduced about $20{\sim}30%$ by junction stringer and more than 60% by edge ring A.
The results of a numerical investigation pertaining to the hysteretic behaviour of concrete filled steel tubular (CFT) column to I-beam connections are discussed in detail. Following the verification of the numerical results against the available experimental tests, the nonlinear finite element (FE) analysis was implemented to evaluate the effects of different parameters including the column axial load, beam lateral support, shape and arrangement of stiffeners, stiffness of T-stiffeners, and the number of shear stiffeners. Pursuing this objective, an external CFT column to beam connection, tested previously, was selected as the case-study. The lateral forces on the structure were simulated, albeit approximately, using an incremental cyclic loading reversal applied at the beam tip. The results were compared in terms of hysteretic load-displacement curves, stress distributions in connection, strength, rotation, and energy dissipation capacity. It was shown that external T-stiffeners combined with internal shear stiffeners play an important role in the hysteretic performance of CFT columns to I-beam connections.
In this study, cantilever cylindrical shells with edge-stiffeners are analyzed. A versatile 4-node flat shell element which is useful for the analysis of shell structures is used. An improved flat shell element is established by the combined use of the addition of non-conforming displacement modes and the substitute shear strain fields. Three models by load conditions are considered. Model A, B and C are loaded by point load at the free edge, line load and external pressure respectively. A various parameter examples are presented to obtain proper stiffened length and stiffened thickness of edge-stiffeners. It is shown that the thickness of shell can be reduced more than 50% for Model A, about $20{\sim}30%$ for Model B by appropriate edge-stiffeners.
Unlike concrete bridge, steel bridge resists external force by forming thin plate. Thus, because steel girder bridge has big slenderness ratio, buckling is a major design factor. Plate girder consists of flange and web plate. Because of economic views, web plate that resists shear forces is made by more thinner plate. Thus, web plate has much risk for buckling. The objective of this study is to analyze the buckling behaviors of plate girder and to present the proper reinforcement location of longitudinal stiffeners. Various parametric study according to the change of web height, transverse stiffeners and load condition are examined.
In piping systems, trapeze hangers are subjected to vertical and horizontal seismic loads and stiffeners are used. In this study, monotonic compression tests were conducted with the removable stiffeners using three variables: stiffener clamp fixing position, section length, and installation direction. The maximum load reinforced with stiffeners could withstand a compressive load of 11kN by applying a safety factor of 10%. It could be estimated that the fixing clamp spacing or the length of shape and load had a proportional relationship. And the stiffener must be fixed in the direction of the strong axis on hinge parts. Also the stiffener buckiling load design proposes to use a method of calculate the flexural buckling compressive strength of and unreinforced full threaded bolt.
Kang, Chang Hoon;Shin, Kyung Jae;Oh, Young Suk;Moon, Tae Sup
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.14
no.1
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pp.121-130
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2002
This paper presents the tensile behavior of a Concrete-Filled Square Steel Tubular (CFT) column to H-beam welded connections. These connections were externally reinforced with T-shaped stiffeners at the junction of CFT column and beam. The tensile loading tests of eighteen tee-joint connections and finite element analysis using ANSYS were carried out. The main parameters of tests are as follows: 1) the thickness of Square Steel Tubular Column : 6 mm, 9 mm, 2) the strength ratios of tensile strength of horizontal stiffeners to tensile strength of beam flange : 70 %, 100 %, 150 %, 3) the strength ratios of shear strength of vertical stiffeners to tensile strength of beam flange : 80 %, 115 %, 160 %. The results of the tests demonstrate that overall behavior and failure modes of all the specimens are governed mainly by the horizontal stiffeners rather than the vertical stiffeners, and the vertical stiffener played only a role in transferring load introduced from beam to column.
This paper presents a designing method for enhancing fire resistance of steel box bridge girders (closed steel box bridge girder supporting a thin concrete slab) through taking into account such parameters namely; fire severity, type of longitudinal stiffeners (I, L, and T shaped), and number of longitudinal stiffeners. A validated 3-D finite element model, developed through the computer program ANSYS, is utilized to go over the fire response of a typical steel box bridge girder using the transient thermo-structural analysis method. Results from the numerical analysis show that fire severity and type of longitudinal stiffeners welded on bottom flange have significant influence on fire resistance of steel box bridge girders. T shaped longitudinal stiffeners applied on bottom flange can highly prevent collapse of steel box bridge girders towards the end of fire exposure. Increase of longitudinal stiffeners on bottom flange and web can slightly enhance fire resistance of steel box bridge girders. Rate of deflection-based criterion can be reliable to evaluate fire resistance of steel box bridge girders in most fire exposure cases. Thus, T shaped longitudinal stiffeners on bottom flange incorporated into bridge fire-resistance design can significantly enhance fire resistance of steel box bridge girders.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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