This paper presents an investigation of the effect of inclined stiffeners on the load-carrying capacity of simply-supported hot-rolled steel I-beams under various load conditions. The study is carried out using finite element analysis. A series of beams modeled using 3-D solid finite elements with consideration of initial geometric imperfections, residual stresses, and material nonlinearity are analyzed with and without inclined stiffeners to show how the application of inclined stiffeners can offer a noticeable increase in their lateral-torsional buckling (LTB) capacity. The analysis results have shown that the amount of increase in LTB capacity is primarily dependent on the location of the inclined stiffeners and the lateral unsupported length of the beam. The width, thickness and inclination angle of the stiffeners do not have as much an effect on the beam's lateral-torsional buckling capacity when compared to the stiffeners' location and beam length. Once the optimal location for the stiffeners is determined, parametric studies are performed for different beam lengths and load cases and a design equation is developed for the design of such stiffeners. A design example is given to demonstrate how the proposed equation can be used for the design of inclined stiffeners not only to enhance the beam's bearing capacity but its lateral-torsional buckling strength.
New material applications and transparency are desired by contemporary architects. Its superb transparency and high strength make glass a very suitable building material -in spite of its brittleness- even for primary load bearing structures. Currently we will focus on load bearing glass beams, subjected to different loading types. Since glass beams have a very slender, rectangular cross section, they are sensitive to lateral torsional buckling. Glass beams fail under a critical buckling load at stresses that lie far below the theoretical simple bending strength, due to the complex combination of torsion and out-of-plane bending, which characterises the instability phenomenon. The critical load can be increased considerably by preventing the upper rim from moving out of the beam's plane. Different boundary conditions are examined for different loading types. The load carrying capacity of glass beams can be increased three times and more using relatively simple, cheap lateral restraints.
Linfeng Lu;Songlin Ding;Yuzhou Liu;Zhaojia Chen;Zhongpeng Li
Steel and Composite Structures
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v.47
no.3
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pp.375-382
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2023
The H-shaped steel beam is popular due to its ease of manufacturing and connection to the column. This profile, which is used as a shallow beam, needs the high weak-axis bending stiffness and torsional stiffness to meet the overall stability. Achieving the local beam flange stability, bearing capacity, bending stiffness, and torsional requirements need a great thickness and width of the beam flange, which causes, which will cause more uneconomical structural design. So, the box-section beam is the ideal alternative. However, the current design specifications do not have design rules for the bolt-and-welded connection of the box-section beam and box-section column. The paper proposes a novel bolt-and-welded connection of the box-section beams and box-section columns based on a high-rise structural design scheme. Three connection models, BASE, WBF, and RBS, are analyzed under cyclic loading in ABAQUS software. The failure modes, hysteresis response, bearing capacity, ductility, plastic rotation angle, energy dissipation, and stiffness degradation of all models are determined and compared. Compared with the other two models, the model WBF exhibited excellent seismic performance, ductility, and plastic rotation ability. Finally, model WBF was chosen as the connection scheme used in the project design.
The analysis of static and dynamic characteristics of reinforced roadbed materials was performed through model and laboratory tests. The strength characteristic of reinforced roadbed materials such as HMS-25 and soil were investigated through the unconfined axial compression test, the model soil box test and the combined resonant column and torsional shear test. The unconfined axial compression strength of HMS-25 shows a steady increasement in strength due to the chemical hardening reaction between HMS-25 and water. The result of model soil box test reveals that railroad roadbed of HMS-25 is better than that of soil in several aspects, such as, bearing capacity and settlement. The combined resonant column and torsional shear test result indicates that shear modulus of HMS-25 and soil increase with the power of 0.5 to the confining pressure and linear relationship to normalized shear modulus and damping ratio.
Pure torsion loading conditions were not frequently occurred in practical engineering, but the torsional researches were important since it's the basis of mechanical property researches under complex loading. Then a 3D finite element model with precise material constitutive models was established, and the effectiveness was verified with test data. Parametric studies with varying factors as steel yield strength, concrete strength and sectional height-width ratio, were performed. Internal stress state and the interaction effect between encased steel tube and the core concrete were analyzed. Results indicated that due to the confinement effect between steel tube and core concrete, the torsional strength of CFT columns was greatly improved comparing to plain concrete columns. The steel ratio would greatly influence the torque share between the steel tube and the core concrete. Then the torsional strength calculation formulas for core concrete and the whole CFT column were proposed. The proposed formula could be simpler and easier to use with guaranteed accuracy. Related design codes were more conservative than the proposed formula, but the proposed formula presented more satisfactory agreement with experimental results.
The applicability and performance of HMS-25 as the railroad roadbed materials were evaluated through the model and laboratory tests. The uniaxial compression test of HMS-25, model soil box test, and combined resonant column and torsional shear test were performed for static and dynamic analysis of railroad roadbed. The uniaxial compression test result of HMS-25 shows steady increase in strength due to hardening chemical reaction between HMS-25 and water. The result of model soil box test reveals that railroad roadbed of HMS-25 is better than that of soil in several aspects such as bearing capacity and settlement. The combined resonant column and torsional that shear test result indicates that shear modulus of HMS-25 increases with the power of 0.5 to the confining pressure and that shear modulus increases with the increase of curing period.
Concrete-filled steel tubular (CFT) columns are commonly used in engineering structures and always subjected to torsion in practice. This paper is thus devoted to investigate the mechanical behavior of circular CFT columns under pure torsion.3D finite element models based on reasonable material constitutive relation were established for analyzing the load-strain ($T-{\gamma}$) curves of circular CFT columns under pure torsion. The numerical simulation indicated that local bulking of the steel tube in CFT columns was prevented and the shear strength and ductility of the core concrete were significantly improved due to the confinement effect between the steel tube and the core concrete. Based on the results, formulas to predict the torsional ultimate bearing capacity of circular CFT columns were proposed with satisfactory correspondence with experimental results. Besides, formulas of composite shear stiffness and the overall process of the $T-{\gamma}$ relation of circular CFT columns under pure torsion were proposed.
One method of retrofitting concrete structures is to use fiber reinforced polymers (FRP). In this research, the shear, torsional and flexural strengthening of self-compacting reinforced concrete (RC) girders are fulfilled with glass fiber reinforced polymer (GFRP) and carbon fiber reinforced polymer (CFRP) materials. At first, for verification, the experimental results were compared with numerical modeling results obtained from ABAQUS software version 6.10. Then the reinforcing sheets were attached to concrete girders in one and two layers. Studying numerical results obtained from ABAQUS software showed that the girders stiffness decreased with the propagations of cracks in them, and then the extra stresses were tolerated by adhesive layers and GFRP and CFRP sheets, which resulted in increasing the bearing capacity of the studied girders. In fact, shear, torsion and bending strengths of the girders increased by reinforcing girders with adding GFRP and CFRP sheets. The samples including two layers of CFRP had the maximum efficiencies that were 90, 76 and 60 percent of improvement in shear, torsion and bending strengths, respectively. It is worth noting that the bearing capacity of concrete girders with adding one layer of CFRP was slightly higher than the ones having two layers of GFRP in all circumstances; therefore, despite the lower initial cost of GFRP, using CFRP can be more economical in some conditions.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.28
no.1
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pp.1-11
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2024
The purpose of this paper is to suggest a method for applying a reasonable dam axial seismic load loading method and load-bearing capacity evaluation method in the dynamic analysis of the pier part of a concrete dam to which the seismic force of the collapse prevention level is applied. To this end, the pier part of a concrete dam was selected as a target facility, and the characteristics of the dynamic behavior in the axial direction of the weir dam were analyzed through dynamic analysis applying various weir widths, and 'U.S. The load-bearing capacity evaluation was performed by applying the RC hydraulic structure evaluation technique suggested by the Army Corps, 2007'. As a result of the study, when applying seismic force in the axial direction of the pier part, it is more realistic to assume that the axial direction of the weir part dam behaves as a rigid body and 'U.S. Army Corps, 2007' suggested that the method of reviewing the load-bearing capacity for moment and shear was considered reasonable, so it was concluded that improvement of the current evaluation method was necessary. If the improvement of the research result is applied, it will have the effect of deriving more reasonable evaluation results than the current seismic performance evaluation method using CLE. It is judged that additional research is needed in the future on the torsional moment occurring in the pier part.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.16
no.9
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pp.6385-6390
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2015
With bending moment, torsional moment due to geometric properties as "Initial curvature" acts in horizontally curved I-girder. These behavior causes the secondary effect of bending in minor-axis because of interaction between bending and torsion. The bending and torsion interaction cause a loss of load bearing capacity by induced the early inelastic or plasticity condition in curved girder. Also eccentric load by movements of traffic can increase torsion. However, Equation of interaction between bending and torsion for straight girder, not deal with characteristics of curved girder behavior in previous studies, can be overestimated for ultimate strength in horizontally curved I-girder acting vertical force. Therefore, using more rational, obvious suggestion is required when design curved girder. In this study, we identified the bending-torsional moment interaction for the horizontally curved I-girder of the eccentric load acting by FEM analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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