Typically, beams that form part of structural systems are subjected to vertical distributed loading along their length. Distributed loading affects moment and shear distribution, and consequently spread of inelasticity, along the beam length. However, the finite element models developed so far for seismic analysis of frame structures either ignore the effect of vertical distributed loading on spread of inelasticity or consider it in an approximate manner. In this paper, a beam-type finite element is developed, which is capable of considering accurately the effect of uniform distributed loading on spreading of inelastic deformations along the beam length. The proposed model consists of two gradual spread inelasticity sub-elements accounting explicitly for inelastic flexural and shear response. Following this approach, the effect of distributed loading on spreading of inelastic flexural and shear deformations is properly taken into account. The finite element is implemented in the seismic analysis of plane frame structures with beam members controlled either by flexure or shear. It is shown that to obtain accurate results the influence of distributed beam loading on spreading of inelastic deformations should be taken into account in the inelastic seismic analysis of frame structures.
Emadi, Seyyedbehrad;Lozano-Galant, Jose A.;Xia, Ye;Ramos, Gonzalo;Turmo, Jose
Steel and Composite Structures
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v.32
no.6
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pp.731-741
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2019
Shear deformation effects are neglected in most structural system identification methods. This assumption might lead to important errors in some structures like built up steel or composite deep beams. Recently, the observability techniques were presented as one of the first methods for the inverse analysis of structures including the shear effects. In this way, the mechanical properties of the structures could be obtained from the nodal movements measured on static tests. One of the main controversial features of this procedure is the fact that the measurement set must include rotations. This characteristic might be especially problematic in those structures where rotations cannot be measured. To solve this problem and to increase its applicability, this paper proposes an update of the observability method to enable the structural identification including shear effects by measuring only vertical deflections. This modification is based on the introduction of a numerical optimization method. With this aim, the inverse analysis of several examples of growing complexity are presented to illustrate the validity and potential of the updated method.
Mechanical shear connectors are commonly used to transfer longitudinal shear forces across the steel-concrete interface in composite beams. Steel pipe as a new shear connector is proposed in this research and its performance to achieve composite strength is investigated. Experimental monotonic push-out tests were carried out for this connector. Then, a nonlinear finite element model of the push-out specimens is developed and verified against test results. Further, the finite element model is used to investigate the effects of pipe thickness, length and diameter on the shear strength of the connectors. The ultimate strengths of these connectors are reported and their respective failure modes are discussed. This paper comprises of the push-out tests of ten specimens on this shear connector in both the vertical and horizontal positions in different reinforced concretes. The results of experimental tests are given as load-deformation plots. It is concluded that the use of these connectors is very effective and economical in the medium shear demand range of 150-350 KN. The dominant failure modes observed were either failure of concrete block (crushing and splitting) or shear failure of pipe connector. It is shown that the horizontal pipe is not as effective as vertical pipe shear connector and is not recommended for practical use. It is shown that pipe connectors are more effective in transferring shear forces than channel and stud connectors. Moreover, based on the parametric study, a formula is presented to predict the pipe shear connectors' capacity.
A Steady laminar natural convection heat transfer from two isothermal square beams attached to a vertical adiabatic plate has been studied numerically. The results have been obtained for dimensionless beam spacings, $0.5{\le}D/L{\le}3.0$, and for Gr=5000-10000 at ${\phi}_2/{\phi}_1=1.0$. 1. The local Nusselt number from the beam surface is increased with the dimension-less beam spacing D/L. but that of the downward surface of the lower beam is almost same as the D/L increases. And, the local Nusselt number from the upward surface of a lower beam is greatly increased with D/L. 2. The beam spacings of the maximum mean Nusselt number for the downward surface of an upper beam and the upward surface of a lower beam occur at. D/L =2.6 and 2.0 respectively. 3. The beam spacing for the maximum total mean Nusselt number occurs at D/L = 2.6.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.21
no.3
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pp.211-216
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2008
Recently a lot of researches have been conducted on the progressive collapse of structures which is the total collapse of structures initiated by localized damage. Most of the previous studies on the field of progressive collapse have followed deterministic approach without considering uncertainty involved in design variables, which results in unknown reliability of the analysis results. In this study the sensitivity analyses are carried out with design variables such as yield strength, live load, damping ratio, and elastic modulus on the vertical deflection of the joint from which a column is suddenly removed. The Monte Calro simulation, tornado diagram method, and the first order second moment method(FOSM) are applied for the sensitivity study. According to the nonlinear static analysis results, the vertical deflection is most affected by the variation of yield strength of beams. The nonlinear dynamic analyses show that the behaviour of model structures is highly sensitive to variation of the yield strength of beams and the structural damping ratio.
The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences
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v.18
no.5
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pp.965-970
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2023
Wind profiler and wind lidar produce a vertical profile of winds in high spatiotemporal resolution in the atmospheric boundary layer. The wind lidar makes the wind vector using DBS (Doppler Beam Swinging) and VAD (Velocity Azimuth Display) methods. The DBS method has the advantage of obtaining a wind profile with a fast scan time. On the other hand, there is a restriction that requires at least two beams including vertical beam, which causes a decrease in the data acquisition rate. The VAD method was improved to produce more wind vector of the wind profiler as well as the wind lidar, which generally uses 5 beams. Fourier series was estimated with the radial velocity by the DBS method and wind vector was determined by setting the azimuth interval and applying the radial velocity by the Fourier series to the VAD method. The wind vectors were retrieved at the altitude where the wind was not calculated by the DBS method, and the results of the two methods were consistent.
The mechanism of load transfer by punching shear in pile-supported embankments is investigated. Based on the geometric configuration of the punching shear observed in sand fills on soft ground, a theoretical analysis is carried out to predict the embankment loads transferred on a cap beam according to punching shear developed in pile-supported embankments. The equation presented by the theoretical analysis was able to consider the effect of various factors affecting the vertical loads transferred on the cap beam. The reliability of the presented theoretical equation is investigated by comparing it with the results of a series of model tests. The model tests were performed on cap beams, which had two types of width; one is narrow width and the other is wide width. Sand filling was performed through seven steps. Two types of loading pattern were applied at each filling step; one is the long-term loading, in which sand fills at each filling step were kept for 24 hours, the other is the short-term loading, in which sand fills at each filling step were kept for 2 hours. The vertical loads measured in all model tests show good agreement with the ones predicted by the theoretical equation. Finally, the predicted vertical loads also show good agreement with the vertical loads measured in a well-instrumented pile-supported embankment in field, where cap beams were placed on too wide space.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.1
no.3
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pp.59-68
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1997
The necessity of a high-rise building in big cities gave a new problem to structural engineers. The shortening effect of vertical members needs special considerstion in the desigh and construction of high-rise buildings. The shortening of each column transfers load to nonstructural members such as partitions, cladding, and M/E systems which are not designed to carry gravity loads. Also, the slabs and beams will tilt due to the cumulative differential shortening of adjacent vertical members. The main purpose of estimating the total shortening of vertical structural members is to compensate the differential shortening between adjacent members. This paper presents the structural effect of differential shortening between in main structural members. Lateral earthquake load is applied to the 52 story concrete structure which has an initial vertical displacement due to the gravity load. Shortening amount for each vertical member was estimated using the computerized column shortening software. Comparison of stresses between the shortening corrected structure and the uncorrecated structure due to earthquake load was discussed.
In a composite beam, a shear connector is installed to resist the horizontal shear on an interface between steel beams and reinforced concrete slabs. The steel-wire-integrated deck plate slab is commonly used at the wide section beam. Then vertical bars are installed at the upper wire of the ends of the steel truss girder to ensure safety during the construction. The new type of shear connector is made of deformed bar and steel plates, and must function as vertical bars but must have higher shear capacity. This paper examines the ways to develop and utilize this new shear connector. From the push-out experiments, a shear connector made of a continuous deformed bar and steel plate showed a higher shear capacity and ductility than a ${\phi}16$ stud connector, and functioned as a vertical bar.
Recently, Appendix A of ACI 318∼02 Code introduced the Strut-and-Tie Model(STM) procedure in shear design of deep flexural members. The STM procedure is widely used in the design of concrete regions where the distribution of longitudinal strains is significantly nonlinear, such as deep beams, beams with large openings, corbels, and dapped-end beams. Experimental study included five high-strength reinforced concrete deep beams with different detailing schemes for the horizontal and vertical reinforcement. The specimens were designed as simply supported beams subjected to concentrated loads on the top face and supported on the bottom face. At failure, all specimen exhibited primary diagonal crack running from the support region to the point load. Specimens which had mechanical anchorages(terminators) gives better representation of the load-carrying mechanism than the specimen had standard 90-degree anchorage at failure in deep flexural members. Based on the test results, shear design procedures contained in the ACI 318-99 Code, Appendix A of the ACI 318-02 Code, CSA A23.3-94 Code and CIRIA Guide-2 were evaluated. The Shear design of ACI 318-99 Code, Appendix A of the ACI 318-02 Code and CIRIA Guide-2 shown to be conservative predictions from 10% to 36% in the shear strength of the single-span deep beam which was tested. ACI 318-99 Code was the lowest standard deviation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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