Many study have been performed to describe the elastic and inelastic behavior of H-shaped beams with web openings that generally concentrated on the monotonic loading condition and concentric web opening. The findings of the studies led Darwin to propose formulas for the design of beams with web openings considering local buckling. While the formulas are simple and useful in real situation, more studies arc needed on their cyclic loading condition. In this experimental study, 12 H-shaped beams with web openings under cyclic loading condition were investigated. The dimension criteria based on the formulas proposed by Darwin were examined. The suitability of existing design formulas and the effects of plastic hinges on beams with web openings and of local buckling around web openings on the beam strength under cyclic loading were also studied. This was done by observing their behavior with various dimensional openings, eccentric per cent, and stiffeners.
In this study, the computationally efficient inelastic buckling analysis program is developed to be used as the research tool in finding buckling strength of inelastic members. The program can determine buckling loads and buckled shapes of elastic and inelastic members which failed by flexural, lateral-torsional and/or local buckling. It can analyze singly and doubly symmetric I-shape members. In the program, the web of the member is modeled using the plate element and the flanges are modeled by beam elements. Multilinear isotropic hardening rule and the incremental theory of plasticity are used to simulate the inelastic stress-strain relationship from material tests. The program is verified using theoretical solutions and experimental results. The results from the program show good agreement with those from experiments and theory.
A total of nine H-shaped beams with web openings under cyclic loading condition were investigated. The dimension criteria are based on the formulae proposed by Darwin. The suitability of existing design formulae the effects of plastic hinge on beams with web openings the fracture around the web openings and the influence of cracks neighboring web openings to the beam strength under cyclic loading were also investigated through the observation of the behavior of these beams with various opening dimensions. locations numbers and spacing between the two openings.
Post-local buckling behavior is a very important consideration in plastic and seismic design of steel structures. It describes the structural behavior up to the final collapse state. In order to assess the actual reliability of structures under severe repeated loading, such as strong earthquakes, it is necessary to evaluate the progressive cyclic deterioration of stiffness as well as the strength and energy dissipation capacity of the structures after local buckling happens. In this study, a simple analytical model developed for predicting post-local buckling behavior for cyclic and non-proportional loading histories, has been proposed. This analytical model uses the stress resultant model based on the two surface model. Analytical moment-curvature relationship using this model compare well with the experimental results in constant amplitude cycling, and linearized energy deterioration which is very important in seismic design can be predicted from the proposed model.
본 고에서는 철골 구조물에 있어서 일어나고 있는 좌굴에 대해, 현재 외국에서 진행중인 연구의 일부를 소개하였다. 이들의 기본 개념은 좌굴이 일어날 수 있는 압축부재에 있어서 최대내력, 즉 좌굴이 일어나기 이전에 부재를 압축에 대해 항복시킴으로써, 좌굴을 방지하려는 연구의 일종으로서, 부재의 강도면에 있어서는 큰 손실이 뒤따르게 된다. 하지만, 트러스 등의 구조물에 있어서 압축보다 인장에 대해서 사전에 항복하도록 설계(선인장 항복설계)가 이루어진 경우일지라도, 인장항복만으로 붕괴기구가 형성된다. 또한, 일반적으로 트러스를 제작함에 있어서 시공상의 오차가 발생할 가능성이 상존하고 있으며, 부정확하게 시공된 구조물에 있어서는 설계시 상정된 파괴기구와는 다른 형태의 파괴기구가 형성될 가능성이 있다. 따라서, 안정항복하여 큰 소성변형이 필요한 경우에는 상기의 방법이 유효하다고 사료된다. 한편 본 고에서 예로 다루고 있는 2중 강관구조에 있어서는, 외관과 내관의 단면적비가 약 1:1.5 정도이며, 보강재로 사용되는 내관을 아무리 저급의 제품을 사용한다해도 불경제적이 될 가능성이 크다. 따라서 금후, 내관의 단면 결정을 위한 많은 연구가 이루어져야 한다고 생각한다.
Lee, Cheol Ho;Kim, Jae Hoon;Jeon, Sang Woo;Kim, Jin Ho
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.18
no.1
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pp.59-69
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2006
This paper presents test results on reduced beam section (RBS)program addressed panel zone (PZ) strength as the key variables. PZ strength has been much debated issue for several decades. A desirable range of PZ strength has not yet been proposed despite the fact that a significant amount of RBS test data is available. Test results from this study and by others showed that panel zones could easily develop a plastic rotation of 0.01 radian without causing distress to the beam flange groove welds. At this deformation level, the amount of beam distortion (i.e., buckling) was about one half that developed in strong PZ specimens. A criterion for a balanced PZ strength that improves the plastic rotation capacity while reducing the amount of beam buckling is proposed.
This research aimed to experimentally and theoretically investigate the moment strength of deck plates. A moment experiment was carried out using a full-scale 14 specimen. To prevent local buckling, the point load was applied at 1/4 points. After the experiment, theoretical analysis was conducted and the differences between various codes were identified. The experimental results were compared with AISI (the American Iron and Steel Institute), EC (Euro Code) 3, and KS (Korea Standard) codes. Analysis results are summarized as follows: (1) the failure mode was influenced by local buckling at the midpoint of the beam and/or at the intermediate loading point: (2) if yielding first occurred at the tension side, the moment strength would increase as the plastic reservation of the tension zone acted: (3) the experimental results were closest to the EC3 codes in which the partial plastic reservation was considered; (4) statistical evaluation based on the EC3 Annex Z showed that the partial resistance safety coefficient calculated applying to the EC3 formula, $^{\circ}{_M}$, was placed within 1.1 which was the target value of EC3 code; and (5) the analytical power of AISI and KS codeswere expected to improve into the level of EC3 codes if the concept of plastic reservation of the tension side would be introduced to them.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.7
no.3
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pp.47-55
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2003
This study proposed a convenient seismic design procedure for buckling-restrained braced frames based on the equivalent energy concept. The design process begins with the computation of input energy from response spectrum. Then the elastic energy and plastic energy are computed based on the equal energy concept. The computed plastic energy is distributed to each story along energy distribution ratio and the cross-sectional area of each brace is computed so that all the plastic energy is dissipated by the brace. The proposed procedure was applied to the design of three-, six-, and twenty-story steel frames with buckling-restrained braces, and artificial earthquake records were used for verification of the proposed method. According to analysis results, top story displacements of the low-rise structure satisfies the given target displacement however that of the twenty-story structure was much smaller than the given target displacement.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.30
no.6A
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pp.503-512
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2010
In AASHTO LRFD (2007), a compact section is defined as a section in which no premature failure caused by local buckling of web and flange plate or later buckling occurs before the section reaches the plastic moment, Mp. The current AASHTO LRFD (2007) provides the compact section requirement by limiting the web slenderness only for webs without longitudinal stiffeners. The role of longitudinal stiffener is to increase the web buckling strength caused flexure. Although a web does not satisfy the compactness requirement without longitudinal stiffeners, the web buckling can be prevented by use of valid longitudinal stiffeners. Therefore, the web may be able to reach the plastic moment. However, the reason why a longitudinal stiffener may not be used to satisfy compactness requirement is not cleary explained in AASHTO LRFD (2007). In this study, the buckling and ultimate strength behaviors of stiffened webs subjected to bending are investigated through the linear buckling and nonlinear finite element analysis. It is found that steel plate girders having webs that do not satisfy the compactness requirement are able to reach the plastic moment if the longitudinal stiffeners have sufficient rigidities and are properly located. From a nonlinear regression analysis of the results, a new compactness requirement is suggested for webs stiffened with one longitudinal stiffener.
The analysis method calculating the mean and standard deviation for the eigenvalue of complicated structures in which the limit state equation is implicitly expressed is formulated and applied to the buckling analysis by combining probabilistic finite element method with direct differential method which is a kind of sensitivity analysis technique. Also, the probability of buckling failure is calculated by combining classical reliability techniques such a MVFOSM and AFOSM. As random variables external load, elastic modulus, sectional moment of inertia and member length are chosen and Parkinson's iteration algorithm in AFOSM is used. The accuracy of the results by this study is verified by comparing the results with the crude Monte Carlo simulation and Importance Sampling Method. Through the case study of some structures the important aspects of buckling reliability analysis are discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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