van Jaarsveldt, W.J.;Walls, R.S.;van der Klashorst, E.
국제강구조저널
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제18권5호
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pp.1483-1496
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2018
Negligible research has been conducted to date on how to analyse weakened columns, thus safety risks are still involved when structures are weakened prior to demolition. There are various methods available for demolishing steel structures. One of the most effective methods that has been developed involves pre-cutting steel columns at a certain height, so that the least effort can be used to collapse the structure by means of pulling out some of the columns. This paper presents (a) an experimental setup developed to test the capacity of axially loaded weakened columns, which is used to (b) validate a finite element (FE) model. The two pre-cuts that are presented in this paper are (1) the double window cut and (2) the triangular window cut, which are both commonly used in industry. A column weakened with a double window cut or triangular window cut reduces the axial load capacity by up to 50 and 40%, respectively. The FE models developed predict the axial failure load of weakened columns for a double window cut and triangular window cut are generally within an accuracy of less than 8 and 10%, respectively. It is shown at higher slendernesses the influence of column cuts is less than would be intuitively expected because global buckling becomes dominant.
An experimental investigation on the energy absorption of two staged combined structures is presented, which deals with the plastic collapse test as a series of research on soft bow structure involved in a ship collision. The principle of arithmetic superposition of energy absorption is derived upon experimental analysis and based upon the characteristics of the energy absorptions of component structures. This relationship is related to the further approach toward the design of soft bow.
In this study, one type of circular shaped composite tube was used, combined with reinforcing foam and without foam. Furthermore, CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic) circular member manufactured from CFRP prepreg sheet for lightweight design. CFRP is an anisotropic material which is the most widely adapted lightweight structural member. The crashworthy behavior of circular composite material tubes subjected to static axial compression under same conditions is reported in this paper. Test was executed in order to compare the results to the energy absorption and collapse shape. The collapse mode during the failure process were observed and analyzed. The behavior of polymeric foams to the tubes crashworthiness were also investigated. According to the experimental results, specimens filled with foam are higher total energy absorption than the other specimens not filled with the foam.
Composites have wide applications in aerospace vehicles and automobiles because of the inherent flexibility in their design for improved material properties. Composite tribes in particular, are potential candidates for their use as energy absorbing elements in crashworthiness applications due to their high specific energy absorbing capacity and the stroke efficiency. Their failure mechanism however is highly complicated and rather difficult to analyze. This includes fracture in fibres, in the matrix and in the fibre-matrix interface in tension, compression and shear. The purpose of this study is to investigate the energy absorption characteristics of CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics) tubes on static and impact tests. Static compression tests have been carried out using the static testing machine and impact tests have been carried out using the vertical crushing testing machine. Interlaminar number affect the energy absorption capability of CFRP tubes. Also, theoretical and experimental have the same value.
The fundamental and widely used spot welded sections of automobiles (hat and double hat-shaped section members) absorb most of the energy in a front-end collision. The sections were tested on axial static(10mm/min) and quasi-static(1000mm/min) loads. Based on these test results, specimens with various thickness, shape and spot weld pitch on the flange have been tested with impact velocity(7.19m/sec) the same as a real life car clash. Characteristics of collapse have been reviewed and a structure of optimal energy absorbing capacity is suggested.
철근콘크리트 부재는 연성파괴를 유도하기 위해서 휨인장 파괴가 선행 하도록 구조설계한다. 또한 보에서 파괴가 진행하도록 하여 기둥에는 피해가 적게 발생하도록 한다. 하지만 소성붕괴메카니즘에 의하여 소성힌지는 보의 양단부에 발생한 이후 최종적으로 최하층 기둥의 하부에도 발생한다. 철근콘크리트 구조물의 최하층 기둥은 축력이 크게 작용하고 전단경간이 비교적 작기 때문에 휨항복을 했다고 하더라도 최종적으로는 전단파괴하거나 부차파괴하여 설계보다 취성적으로 파괴 할 가능성이 있다. 이 논문에서는 휨항복 후 전단파괴하는 10개의 실험체를 통해 소성힌지 영역의 변형율과 길이 확장에 주는 요소에 대해 파악하였다. 실험결과 세 변수 중에서 축력이 가장 크게 영향을 미쳤는데 축력이 클수록 축방향 변형률과 연성비가 뚜렷하게 줄어드는 현상을 확인할 수 있었으며 소성힌지 길이는 약간 늘어났다. 실험을 통해서 산출한 소성힌지 길이는 약 0.7~1.4d였으며 이는 기존 연구자들이 제안했던 평가식과 차이를 보여주었다.
G, Beulah Gnana Ananthi;Roy, Krishanu;Lim, James B.P.
Steel and Composite Structures
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제42권4호
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pp.513-538
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2022
This paper reports on experiments addressing the buckling and collapse behavior of an innovative built-up cold-formed steel (CFS) columns. The built-up column consists of four individual CFS lipped channels, two of them placed back-to-back at the web using two self-drilling screw fasteners at specified spacing along the column length, while the other two channels were connected flange-to-flange using one self-drilling screw fastener at specified spacing along the column length. In total, 12 experimental tests are reported, covering a wide range of column lengths from stub to slender columns. The initial geometric imperfections and material properties were determined for all test specimens. The effect of screw spacing, load-versus axial shortening behaviour and buckling modes for different lengths and screw spacing were investigated. Nonlinear finite element (FE) models were also developed, which included material nonlinearities and initial geometric imperfections. The FE models were validated against the experimental results, both in terms of axial capacity and failure modes of built-up CFS columns. Furthermore, using the validated FE models, a parametric study was conducted which comprises 324 models to investigate the effect of screw fastener spacing, thicknesses and wide range of lengths on axial capacity of back-to-back and flange-to-flange built-up CFS channel sections. Using both the experimental and FE results, it is shown that design in accordance with the American Iron and Steel Institute (AISI) and Australia/New Zealand (AS/NZS) standards is slightly conservative by 6% on average, while determining the axial capacity of back-to-back and flange-to-flange built-up CFS channel sections.
The damageability and repairability of similar platform type vehicles could be very concerned with design optimization. In all the vehicles crash tested, small size passenger vehicles were weakness in aspect of damageability and repairability. The most critical area appears to be repair cost considering that parts cost is the largest portion of total repair cost segments. Besides repair cost, attaching method of front sidemember and subframe are placed special importance for impact energy absorption and damageability and repairability. So in order to improve damageability and repairability of vehicle structure and body component of the monocoque type passenger vehicles, the end of front side member and front back beam should be designed with optimum level and to supply the end of front side member as a partial condition approx 300mm. The effectiveness of design concept on the 40% offset frontal impact characteristics of the passenger vehicle structure is investigated and summarized.
Composites have wide applications in aerospace vehicles and automobiles because of the inherent flexibility in their design lot improved material properties. Composite tubes in particular, are potential candidates for their use as energy absorbing elements in crashworthiness applications due to their high specific energy absorbing capacity and the stroke efficiency. Their failure mechanism however is highly complicated and rather difficult to analyze. This includes fracture in fibers, in the matrix and in the fiber-matrix interface in tension, compression and shear. The purpose of this study is to investigate the energy absorption characteristics of Gr/E(Graphite/Epoxy) tubes on static and impact tests. The collapse characteristics and energy absorption of a variety of tubes have been examined. Changes in the lay-up which increased the modulus increased the energy absorption of the tubes. Based on the test results, the following remarks can be made: Among CA15, CA00 and CA90 curves the CA90 tube exhibits the highest crush load throughout the whole crush process, and max load increases as interlaminar number increase. Among all the tubes type CC90 has the largest specific crushing stress of 52.60 kJ/kg which is much larger than other tubes.
This paper experimentally investigated the behavior of steel frame structures of traditional-style buildings subjected to combined constant axial load and reversed lateral cyclic loading conditions. The low cyclic reversed loading test was carried out on a 1/2 model of a traditional-style steel frame. The failure process and failure mode of the structure were observed. The mechanical behaviors of the steel frame, including hysteretic behaviors, order of plastic hinges, load-displacement curve, characteristic loads and corresponding displacements, ductility, energy dissipation capacity, and stiffness degradation were analyzed. Test results showed that the Dou-Gong component (a special construct in traditional-style buildings) in steel frame structures acted as the first seismic line under the action of horizontal loads, the plastic hinges at the beam end developed sufficiently and satisfied the Chinese Seismic Design Principle of "strong columns-weak beams, strong joints-weak members". The pinching phenomenon of hysteretic loops occurred and it changed into Z-shape, indicating shear-slip property. The stiffness degradation of the structure was significant at the early stage of the loading. When failure, the ultimate elastic-plastic interlayer displacement angle was 1/20, which indicated high collapse resistance capacity of the steel frame. Furthermore, the finite element analysis was conducted to simulate the behavior of traditional-style frame structure. Test results agreed well with the results of the finite element analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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