Reyes-Salazar, Alfredo;Soto-Lopez, Manuel E.;Gaxiola-Camacho, Jose R.;Bojorquez, Eden;Lopez-Barraza, Arturo
Steel and Composite Structures
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v.17
no.4
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pp.471-495
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2014
The responses of steel buildings with perimeter moment resisting frames (PMRF) with medium size columns (W14) are estimated and compared with those of buildings with deep columns (W27), which are selected according to two criteria: equivalent resistance and equivalent weight. It is shown that buildings with W27 columns have no problems of lateral torsional, local or shear buckling in panel zone. Whether the response is larger for W14 or W27 columns, depends on the level of deformation, the response parameter and the structural modeling under consideration. Modeling buildings as two-dimensional structures result in an overestimation of the response. For multiple response parameters, the W14 columns produce larger responses for elastic behavior. The axial load on columns may be significantly larger for the buildings with W14 columns. The interstory displacements are always larger for W14 columns, particularly for equivalent weight and plane models, implying that using deep columns helps to reduce interstory displacements. This is particularly important for tall buildings where the design is usually controlled by the drift limit state. The interstory shears in interior gravity frames (GF) are significantly reduced when deep columns are used. This helps to counteract the no conservative effect that results in design practice, when lateral seismic loads are not considered in GF of steel buildings with PMRF. Thus, the behavior of steel buildings with deep columns, in general, may be superior to that of buildings with medium columns, using less weight and representing, therefore, a lower cost.
This paper presents a finite element (FE) model for predicting the behaviour of steel column-column connections under axial compression and tension. A robustness approach is utilised for the design of steel column-column connections. The FE models take into account for the effects of initial geometric imperfections, material nonlinearities and geometric nonlinearities. The accuracy of the FE models is examined by comparing the predicted results with independent experimental results. It is demonstrated that the FE models accurately predict the ultimate axial strengths and load-deflection curves for steel column-column connections. A parametric study is carried out to investigate the effects of slenderness ratio, contact surface imperfection, thickness of cover-plates, end-plate thickness and bolt position. The buckling strengths of steel column-column connections with contact surface imperfections are compared with design strengths obtained from Australian Standards AS4100 (1998) and Eurocode 3 (2005). It is found that the column connections with maximum allowable imperfections satisfy the design requirements. Furthermore, the steel column-column connections analysed in this paper can be dismantled and reused safely under typical service loads which are usually less than 40% of ultimate axial strengths. The results indicate that steel column-column connections can be demounted at 50% of the ultimate axial load which is greater than typical service load.
Shear walls are one of the important structural elements for bearing loads imposed on buildings due to winds and earthquakes. Composite shear walls with high lateral resistance, and high energy dissipation capacity are considered as a lateral load system in such buildings. In this paper, a composite shear wall consisting of steel faceplates, infill concrete and tie bars which tied steel faceplates together, and concrete filled steel tubular (CFST) as boundary columns, was modeled numerically. Test results were compared with the existing experimental results in order to validate the proposed numerical model. Then, the effects of some parameters on the behavior of the composite shear wall were studied; so, the diameter and spacing of tie bars, thickness and compressive strength of infill concrete, thickness of steel faceplates, and the effect of strengthening the bottom region of the wall were considered. The seismic behavior of the modeled composite shear wall was evaluated in terms of stiffness, ductility, lateral strength, and energy dissipation capacity. The results of the study showed that the diameter of tie bars had a trivial effect on the performance of the composite shear wall, but increasing the tie bars spacing decreased ductility. Studying the effect of infill concrete thickness, concrete compressive strength, and thickness of steel faceplates also showed that the main role of infill concrete was to prevent buckling of steel faceplates. Also, by strengthening the bottom region of the wall, as long as the strengthened part did not provide a support performance for the upper part, the behavior of the composite shear wall was improved; otherwise, ductility of the wall could be reduced severely.
Kim, Young-Jun;An, Kyo-Jin;Lee, Kwon-Hee;Park, Young-Chul
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.16
no.3
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pp.1652-1657
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2015
Recently the improvement in vehicle performance trend to increase in accordance with the weight of this part. Outer tie rod is small when compared to the other vehicle part by weight, but there is a need to reduce the weight of the outer tie rod in order to improve fuel efficiency of the vehicle. Therefore, from previous studies, a model of outer die rod is proposed using Design of Experiments and Meta model satisfying the buckling performance. Outer tie rod are manufactured through forging process, in this study, we compare the size of the forming load in accordance with the change in the moving speed through the die forging analysis of the outer tie rod on the basis of the actual molding process.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.7
no.6
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pp.61-68
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2007
The hole for the insertion of the pin in the shank is exist at ball joint connection of the space frame. It brings about the brittle fracture caused by stress concentration. Consequently it cannot expect the deformation performance or energy absorption performance from ball joint connection. In this study we developed a new connection details which will increase the plastic deformation performance at ball joint connection and can absorb the error in construction, which expect the plastic deformation performance at the reduced shank without brittle fracture at the screw of bolt and pin. Also it's capacity is verified by the performance in numerical analysis and test. We confirmed bolt's plastic deformantion performance through controled shank and pin's area.
The dropper supports the contact wire and is attached using various types of dropper clips on the catenary. Droppers are subject to mechanical stress from buckling during the passage of pantographs. In order to investigate failure causes for the high speed line dropper, theoretical analyses and experiments have been carried out. In this paper, mathematical formulas are derived for the pre-sag of the dropper static load. The measured values in the experiment were similar to the theoretical predictions. To analyze the cause on fracture of dropper wire, we have conducted analysis such as SEM(Scanning Electron Microscope) of fractured specimens in the field and new specimens. Finally, we performed measurement for the variation of dynamic load on the dropper when a pantograph moved at 300km/h under the Korean high speed overhead line. If such mechanical load occur repeatedly with every passing pantograph, it is possible that the dropper wire will break due to fatigue. This results will be used for special management of high speed catenary system maintenance and life estimation of dropper.
The steel tube of Concrete-Filled Tube(CFT) confines the concrete and the concrete restrains the buckling of the tube, The objective of this study is to investigate the influences of the opening shape of the through diaphragm in case of the rectangular CFT column-to-beam connection through the structural experiment. The experiment results are compared with analysis results obtained by using the FEM program. These results are shown that strength of the rectangular CFT column-to-beam connection have similar structural performance regardless of the opening shape if opening areas of the through diaphragm are same. Also in case the connection area/shape of the through diaphragm and the flange of H-beam are similar, it was ascertained that the bending stress occurred at the beam can be transferred to the column through the diaphragm.
Kalapodis, Nicos A.;Papagiannopoulos, George A.;Beskos, Dimitri E.
Earthquakes and Structures
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v.18
no.1
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pp.27-44
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2020
This work presents a comparison of three performance-based seismic design methods (PBSD) as applied to plane steel frames having eccentric braces (EBFs) and buckling restrained braces (BRBFs). The first method uses equivalent modal damping ratios (ξk), referring to an equivalent multi-degree-of-freedom (MDOF) linear system, which retains the mass, the elastic stiffness and responds in the same way as the original non-linear MDOF system. The second method employs modal strength reduction factors (${\bar{q}}_k$) resulting from the corresponding modal damping ratios. Contrary to the behavior factors of code based design methods, both ξk and ${\bar{q}}_k$ account for the first few modes of significance and incorporate target deformation metrics like inter-storey drift ratio (IDR) and local ductility as well as structural characteristics like structural natural period, and soil types. Explicit empirical expressions of ξk and ${\bar{q}}_k$, recently presented by the present authors elsewhere, are also provided here for reasons of completeness and easy reference. The third method, developed here by the authors, is based on a hybrid force/displacement (HFD) seismic design scheme, since it combines the force-base design (FBD) method with the displacement-based design (DBD) method. According to this method, seismic design is accomplished by using a behavior factor (qh), empirically expressed in terms of the global ductility of the frame, which takes into account both non-structural and structural deformation metrics. These expressions for qh are obtained through extensive parametric studies involving non-linear dynamic analysis (NLDA) of 98 frames, subjected to 100 far-fault ground motions that correspond to four soil types of Eurocode 8. Furthermore, these factors can be used in conjunction with an elastic acceleration design spectrum for seismic design purposes. Finally, a comparison among the above three seismic design methods and the Eurocode 8 method is conducted with the aid of non-linear dynamic analyses via representative numerical examples, involving plane steel EBFs and BRBFs.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.33
no.3
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pp.889-900
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2013
In a large scale of excavation for the foundation of large-sized structures and underground structures, a considerable amount of earth pressure can occur. Steel beams that have been used to form a temporary structure to support earth pressure may be less economical and less efficient in resisting the high earth pressure. To cope with this problem, PCT(Precast Concrete Truss) system has been devised and investigated both experimentally and analytically. A proper connection method between the concrete truss members was proposed to accommodate fast assembly and disassembly. Full-scale test of PCT system was performed to verify the load-carrying capacity of the PCT system including the connections. The test results were compared with those of structural analysis. The test specimen which corresponds to PCT strut attained the ultimate load without buckling, but the detail of connector members needs to be improved. It is expected that precast concrete truss members can be efficiently incorporated into a temporary structure for deep and large excavation by replacing conventional steel beams.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.38
no.4
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pp.311-320
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2014
Rotor blades are important devices that affect the power performance, efficiency of energy conversion, and loading and dynamic stability of wind turbines. Therefore, considering the characteristics of a wind turbine system is important for achieving optimal blade design. When a design is complete, a design evaluation should be performed to verify the structural integrity of the proposed blade in accordance with international standards or guidelines. This paper presents a detailed exposition of the evaluation items and acceptance criteria required for the design certification of wind turbine blades. It also presents design evaluation results for a 2-MW blade (KR40.1b). Analyses of ultimate strength, buckling stability, and tip displacement were performed using FEM, and Miner's rule was applied to evaluate the fatigue life of the blade. The structural integrity of the KR40.1b blade was found to satisfy the design standards.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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