Choi, Byong Jeong;Han, Hong Soo;Han, Kweon Gyu;Lee, Seung Joon
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.21
no.5
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pp.471-481
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2009
The purpose of this study was to compare and analyze the compression behaviors of SSC (stiffened steel plate-concrete) and NSC (non-stiffened steel plate-concrete) structures, and to identify the effects of the increment in the structural performance of SSC structures. SCC structures are structures that integrate steel plates with line support from ribs (H-shape) and point supports from studs with concretes. On the other hand, NSC structures are structures that integrate steel plates with point supports from studs with concrete. The following results were obtained in this study. First, compared with NSC structures, it was shown that SSC structures have advantages in terms of preventing steel plate buckling and delaying quick destruction through the brittleness of concrete. In addition, the SSC structures showed a 5-28% increment in maximum compressive strength, which far surpassed that shown by the NSC structures.
This paper presents the experimental results of behavior of square CFT columns with large the width-ro thickness ratio strengthened with carbon fiber reinforced polymers (CFRP) sheets subjected to concentrated axial loading. The main parameters were b/t ratio and the number of CFRP layers and 6 specimens were fabricated. The values of b/t were ranged from 60 to 100. From the tests, Maximum increase of 16% was also achieved in axial-load capacity with three transverse layered CFRP applied on four sides of steel tubes. The load capacity decreased up to 41% comparing with nominal load capacity of unstrengthened CFT column. However, for CFRP strengthened CFT, the load capacity decreased up to 32%. Finally, from the load-strain relationships, the local buckling occurred before yield point of steel tubes. Also, from the load-strain relationships, it was observed that local buckling were delayed on CFT columns by CFRP sheets retrofitting.
The bending strength characteristics and local deformation behaviors of honeycomb sandwich composites were investigated using three-point bending experiment and finite element simulation with a real model of honeycomb core. Two kinds of cell sizes of honeycomb core, two kinds of skin layer thicknesses, perfect bonding specimen as well as initial delamination specimen were used for analysis of stress and deformation behaviors of honeycomb sandwich beams. Various failure modes such as skin layer yielding, interfacial delamination, core shear deformation and local buckling were considered. Its simulation results were very comparable to the experimental ones. Consequently, cell size of honeycomb core and skin layer thickness had dominant effects on the bending strength and deformation behaviors of honeycomb sandwich composites. Specimens of large core cell size and thin skin layer showed that bending strength decreased by $30\~68\%$.
At present, the time of easy oil and gas is over. Now, the largest part of fossil fuels is concentrated in the deepest levels of tectonic structures and in the sea shelves. One of the most cumbersome operations of their extraction is the bore-hole drilling. In connection with austere tectonic and climate conditions, their drivage every so often is associated with great and diversified technological difficulties causing emergencies on frequent occasions. As a rule, they are linked with drill string accidents. A key role in prediction of these situations should play methods of theoretical modelling. For this reason, there is a growing need for development and implementation of new numerical methods for computer simulation of critical and post-critical behavior of drill strings (DSs). In this paper, the processes of non-linear deforming of a DS in cylindrical cavity of a deep bore-hole are considered. On the basis of the theory of curvilinear flexible rods, non-linear constitutive differential equations are deduced. The effects of the longitudinal non-uniform preloading, action of torque and interaction between the DS and the bore-hole surface are taken into account. Owing to the use of curvilinear coordinates in the constraining cylindrical surface and a specially chosen concomitant reference frame, it became possible to separate the desired variables and to reduce the total order of the equation system. To solve it, the method of continuation the solution by parameter and the transfer matrix technique are applied. As a result of the completed numerical analysis, the critical states of the DS loading in the cylindrical channels of inclined bore-holes are found. It is shown that the modes of the post-critical deforming of the DS are associated with its irregular spiral curving prevailing in the zone of bottom-hole-assembly. The possibility of invariant state generation during post-critical deforming is established, condition of its bifurcation is formulated. It is shown that infinite variety of loads can correspond to one geometrical configuration of the DS. They differ each from other by contact force functions.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.9
no.4
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pp.351-359
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2007
Multi-axial compression tests have been frequently conducted to evaluate the in situ properties of rock masses and the mechanical behaviors of rock strata through the model tests. Without the proper boundary condition for the model tests, the mechanical behavior of rock mass would deviate, as can be expected, from the in situ conditions. The boundary condition will affect the internal stress distribution of the specimens and cause some distortion on the measurement. In this study, a design process regarding the steel brush, which has been employed for multi-axial compression test to reduce the frictional restraint along the specimen/loading platen interface, is introduced. The individual brushes are regarded as a simple column and beam to calculate the cross-sectional size and length of the brushes in consideration of the buckling capacity and the allowable deflection.
Energy induced by minor earthquake and micro vibration cannot be dissipated by traditional buckling-restrained braces (BRBs). To solve this problem, a new type of hybrid passive control device, named as VE-BRB, which is configured by a BRB with high-damping viscoelastic (VE) layers, is developed and studied. Theoretical analysis, performance tests, numerical simulation and case analysis are conducted to study the seismic behavior of VE-BRBs. The results indicate that the combination of hysteretic and damping devices lead to a multi-phased nature and good performance. VE-BRB's working state can be divided into three phases: before yielding of the steel core, VE layers provide sufficient damping ratio to mitigate minor vibrations; after yielding of the steel core, the steel's hysteretic deformations provide supplemental dissipative capacity for structures; after rupture of the steel core, VE layers are still able to work normally and provide multiple security assurance for structures. The simulation results agreed well with the experimental results, validating the finite element analysis method, constitutive models and the identified parameters. The comparison of the time history analysis on a 6-story frame with VE-BRBs and BRBs verified the advantages of VE-BRB for seismic protection of structures compared with traditional BRB. In general, VE-BRB had the potential to provide better control effect on structural displacement and shear in all stages than BRB as expected.
This paper presents an analysis of the bending, buckling and free vibration of functionally graded sandwich beams resting on elastic foundation by using a refined quasi-3D theory in which both shear deformation and thickness stretching effects are included. The displacement field contains only three unknowns, which is less than the number of parameters of many other shear deformation theories. In order to homogenize the micromechanical properties of the FGM sandwich beam, the material properties are derived on the basis of several micromechanical models such as Tamura, Voigt, Reuss and many others. The principle of virtual works is used to obtain the equilibrium equations. The elastic foundation is modeled using the Pasternak mathematical model. The governing equations are obtained through the Hamilton's principle and then are solved via Navier solution for the simply supported beam. The accuracy of the proposed theory can be noticed by comparing it with other 3D solution available in the literature. A detailed parametric study is presented to show the influence of the micromechanical models on the general behavior of FG sandwich beams on elastic foundation.
This paper presents the finite element method results for HSS(Hollow Square Section) steel columns strengthened with Carbon Fiber Reinforced Polymer Plastic(CFRP) sheets. 6 specimens were fabricated and the specimen groups were non-compact short columns, slender short columns, and non-compact long columns. Test parameter was the number of CFRP ply. The finite element analysis was performed by using ANSYS Workbench V.14.0 and the results of FEM were compared with those of Test for failure mode, load-displacement curve, maximum load, and initial stiffness. The comparisons between experimental observations and computed results show that the analyses provided good correlation to actual behavior. Finally, the buckling stress were calculated according to the AISC cold-formed structure provision and the retrofitting effect were verified for each section type.
For an axially loaded box-shaped member, the width-to-thickness ratio of the plate elements preferably should not be greater than 40 for Q235 steel grades in accordance with the Chinese code GB50017-2003. However, in practical engineering the plate width-to-thickness ratio is up to 120, much more than the limiting value. In this paper, a 3D nonlinear finite element model is developed that accounts for both geometrical imperfections and residual stresses and the ultimate capacity of welded built-up box columns, with larger width-to-thickness ratios of 60, 70, 80, and 100, is simulated. At the same time, the interaction buckling strength of these members is determined using the effective width method recommended in the Chinese code GB50018-2002, Eurocode 3 EN1993-1 and American standard ANSI/AISC 360-10 and the direct strength method developed in recent years. The studies show that the finite element model proposed can simulate the behavior of nonlinear buckling of axially loaded box-shaped members very well. The width-to-thickness ratio of the plate elements in welded box section columns can be enlarged up to 100 for Q235 steel grades. Good agreements are observed between the results obtained from the FEM and direct strength method. The modified direct strength method provides a better estimation of the column strength compared to the direct strength method over the full range of plate width-to-thickness ratio. The Chinese code and Eurocode 3 are overly conservative prediction of column capacity while the American standard provides a better prediction and is slightly conservative for b/t = 60. Therefore, it is suggested that the modified direct strength method should be adopted when revising the Chinese code.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.10
no.2
s.48
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pp.11-19
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2006
In this paper the seismic performances of 4, 10, and 30-story staggered truss systems (STS) were evaluated by observing the force-displacement relationship up io failure. The results were compared with the seismic performance of conventional moment resisting frames and braced frames. According to the analysis results, the STS showed relatively satisfactory lateral load resisting capability. However, in the mid- to high-rise STS, plastic hinges formed first at the chords were transferred to vertical members of the vierendeel panels, which formed a week link and subsequently leaded to brittle collapse of the structure. Therefore to enhance the ductility of STS it would be necessary to reinforce the vertical bracing members of the virendeel panels so that the plastic hinges, once toned in cord members of a virendeel panel, spread out to virendeel panels of neighboring stories.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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