Making full use of material strength, maintaining sufficient ductility of structural components, and ensuring simple and robust connections are crucial to the development of steel-concrete composite structures. The steel-tubed concrete structure uses thin-walled steel tube to provide confinement, so that the strength and ductility of the concrete core are improved. Meanwhile, the thin-walled steel tube is terminated at the beam-column joint to avoid the local buckling problem and simplify the connections between steel tube and RC members. A brief overview of the development of steel-tubed concrete structures is presented. Through the discussion on the structural behavior of steel-tubed concrete and the introduction of typical practical projects, the prospects for future research are highlighted.
Nazemnezhad, Reza;Rabiei, Mohaddese;Shafa'at, Pouyan;Eshaghi, Mehdi
Structural Engineering and Mechanics
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v.77
no.4
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pp.535-547
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2021
This paper concerns with free torsional vibration analysis of size dependent circular nanobars with von kármán type nonlinearity. Although review of the literature suggests several studies employing nonlocal elasticity theory to investigate linear torsional behavior, linear/nonlinear transverse vibration and buckling of the nanoscale structures, so far, no study on the nonlinear torsional behavior of the nanobars, considering the size effect, has been reported. This study employs nonlocal elasticity theory along with a variational approach to derive nonlinear equation of motion of the nanobar. Then, the nonlinear equation is solved using the elliptic functions to extract the natural frequencies of the structure under fixed-fixed and fixed-free end conditions. Finally, the natural frequencies of the nanobar under different nanobar lengths, diameters, nonlocal parameters, and amplitudes of vibration are reported to illustrate the effect of these parameters on the vibration characteristics of the nanobars. In addition, the phase plane diagrams of the nanobar for various cases are reported.
One factor that can heighten the risk of the rapture intracranial aneurysm (IA) is bifurcations, which can cause the IA to evaluate. This study presents the effect of geometric of intracranial vascular on the bifurcation analysis of the aneurysm occurrence. The aneurysm mechanism is mathematically modeled based on the nano pipe structures under the thermal stresses, and the impact of the aneurysm geometric on the stability and bifurcation points is analyzed. Because of the dimension of these structures, the classical theories could not predict their behavior perfectly, so the nonclassical and nonlocal theories are required for the mechanical modeling of the aneurysm. The presented results show that the bifurcation point of the aneurysm mechanism is dependent on the environment temperature, and the temperature change plays an essential role in the stability of these structures.
This paper deals with the dynamic buckling behavior of truncated conical shells composed of carbon nanotube composites, an important area of study in view of their very wide engineering applications in aerospace industries. In this regard, the effective material properties of the nanocomposite have been computed using the Mori-Tanaka model, which has already been established for such analyses. The motion equations ruling the structure's behavior are derived using first order shear deformation theory, Hamilton's principle, and energy method. This will provide adequate background information on its dynamic response. In an effort to probe the dynamic instability region of the structure, differential quadrature method combined with Bolotin's method will be adopted to tackle the resulting motion equations, which enables efficient and accurate analysis. This work considers the effect of various parameters in the geometrical parameters and the volume fraction of CNTs on the structure's DIR. Specifically, it became clear that increasing the volume fraction of CNTs shifted the frequency range of the DIR to higher values, indicating the significant role of nanocomposite composition regarding structure stability.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.25
no.5
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pp.24-31
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2021
The soundproof tunnels have been generally designed with H-beam girders, and the high weight of H-beam may cause the excessive design of the substructure. To solve this problem, this paper proposes a new soundproof tunnel girder design composed of pipes and discontinuous plates. First, the structural behavior of the straight girder according to the design parameters was examined through finite element analysis. The arrangement and shape of the plates were determined as the design parameter, to obtain the optimal design of girder. After then, the structural behavior and buckling stability of the arched girder were subsequently evaluated. As a result of the parameter analysis, it was confirmed that the axial force acting on the girder increased and the moment decreased as the ratio of unsupported sections decreased or the number of supporting plates increased. The stress concentration on the pipe member was relieved by increasing the long axis length of the elliptical plate. Arched girder analysis showed that the structural efficiency increase as the long axis of elliptical plate increase. As a result of the buckling evaluation, the buckling threshold load of the three connected girders was about 3.7 times higher than the design load. Consequently, it was confirmed that the proposed soundproof tunnel structure design satisfies both light weight and structural safety.
The composite structures of steel and reinforced concrete, which have been widely used in large-scale concrete structures, werestudied to investigate the cause of unexpected cracks and to verify the composite actions between the two materials. Vertical stiffeners between flanges, studs and dowel bars, stirrups, and concrete strength were chosen as experimental variables in afour-point loading test. The results showed that the vertical stiffener prevented not only the local web buckling, but also bond failures between steel and concrete. It increased the flexural resistance (fracture loads) due to the composite action of two materials, compared withthose of any experimental variable. However, the composite behavior of steel reinforced concrete beam was not affected seriously by additional studs, dowel bars, stirrups, and concrete strength.
Kim, Myeong Han;Oh, Myoung Ho;Jung, Seong Yeol;Kim, Sang Dae
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.21
no.2
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pp.145-154
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2009
This study discusses the inelastic behavior of single-layer latticed dome, which consists of a tubular truss member and newly proposed joint sections, through a loading test on a scaled-down structure. The loading test was performed under displacement control conditions, using loading transfer system for the same value of point loads on all joints. The maximum applied load was nearly 1.6 times of the design load, and structural failure occurred after exceeding the compressive yielding in some members. Structural displacement was maintained up to the limit of the oil jack. The behavior of the latticed dome from the loading test was analyzed according to the order of loading steps.
The postbuckling behavior of laminated composite plates and shells, subjected to various shear loadings, is presented, using a modified 8-ANS method. The finite element, based on a modified first-order shear deformation theory, is further improved by the combined use of assumed natural strain method. We analyze the influence of the shell element with the various location and number of enhanced membrane and shear interpolation. Using the assumed natural strain method with proper interpolation functions, the present shell element generates neither membrane nor shear locking behavior even when full integration is used in the formulation. The effects of various types of lay-ups, materials and number of layers on initial buckling and postbuckling response of the laminated composite plates and shells for various shear loading have been discussed. In addition, the effect of direction of shear load on the postbuckling behavior is studied. Numerical results and comparisons of the present results with those found in the literature for typical benchmark problems involving symmetric cross-ply laminated composites are found to be excellent and show the validity of the developed finite element model. The study is relevant to the simulation of barrels, pipes, wing surfaces, aircrafts, rockets and missile structures subjected to intense complex loading.
The concrete-filled steel tube (CFT) columns have several benefits of high load-bearing capacity, inherent ductility and toughness because of the confinement effect of the steel tube on concrete and the restraining effect of the concrete on local buckling of steel tube. However, the experimental research into the behavior of square CFT columns consisting of high-strength steel and high-strength concrete is limited. Six full scale CFT specimens were tested under flexural moment. The CFT columns consisted of high-strength steel tubes ($f_y$ = 325 MPa, 555 MPa, 900 MPa) and high-strength concrete ($f_{ck}$ = 80 MPa and 120 MPa). The ultimate capacity of high strength square CFT columns was compared with AISC-LRFD design code. Also, this study was focused on investigating the effect of high-strength materials on the structural behavior and the mathematical models of the steel tube and concrete. Nonlinear fiber element analyses were conducted based on the material model considering the cyclic bending behavior of high-strength CFT members. The results obtained from the numerical analyses were compared with the experimental results. It was found that the numerical analysis results agree well with the experimental results.
Semi-rigid connections are the actual behavior of beam-to-column connections in steel frames. However, the behavior of semi-rigid connections is not taken into account for the simplicity in the conventional analysis and design of steel frames. A computer-based analysis and design has been studied for the three-dimensional steel frames with semi-rigid connections. The nonlinear analysis which includes the effects of the flexibility of connections is used for this study. It is designed according to the buckling and combined stress constraints under the present loading after the joint deformations and the member end forces of the space frame are determined by the stiffness matrix method. The semi-rigid connection type is limited to the top and bottom angles with a double web angle connection. The Frye-Morris polynomial model is used to describe the non-linear behavior of semi-rigid connections. Various design examples are presented to demonstrate the efficiency of the method. The results of design and analysis of unbraced semi-rigid frames are compared to the results of unbraced rigid frames under the same design requirements.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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