현재 우리나라 스틸하우스 건설에 사용하는 구조재는 SGC41 강종으로 제작된 보통 C-형강이나 Lip-C-형강이 주를 이루고 있으나 이 분야의 선진국가에서는 좌굴 강도가 높고 시공성이 좋은 고유의 단면 형상을 개발하여 사용하고 있다. 본 연구에서는 정량이면서 강도 및 강성이 높고 다양한 시공상 장점이 있는 고강도 신형상 박판냉간성형단면의 압축부재로서의 구조적인 고동과 성능을 연구하기 위하여 재료실험 및 압축실험을 수행하고 해석치와 비교하여 보았다.
Mohammadjani, Chia;Yousefi, Amir M.;Cai, Shu Qing;Clifton, G. Charles;Lim, James B.P.
Steel and Composite Structures
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제25권6호
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pp.727-734
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2017
This paper describes a quasi-static finite element analysis, which uses the explicit integration method, of the apex joint of a cold-formed steel portal frame. Such cold-formed steel joints are semi-rigid as a result of bolt-hole elongation. Furthermore, the channel-sections that are being connected have a reduced moment capacity as a result of a bimoment. In the finite element model described, the bolt-holes and bolt shanks are all physically modelled, with contact defined between them. The force-displacement curves obtained from the quasi-static analysis are shown to be similar to those of the experimental test results, both in terms of stiffness as well as failure load. It is demonstrated that quasi-static finite element analysis can be used to predict the behavior of cold-formed steel portal frame joints and overcome convergence issues experienced in static finite element analysis.
Shear connectors are key elements that ensure integrity in a composite system. The primary purpose of a shear connector is to bring a high degree of interaction between composite elements. A wide variety of connectors are available for hot-rolled composite construction, connected to the beam through welding. However, with cold-formed members being very thin, welding of shear connectors is not desirable in cold-formed composite constructions. Shear connectors for cold-formed elements are limited in studies as well as in the market. Hence in this study, three different types of shear connectors, namely, single-channel, double channel, and self-tapping screw, were considered, and their performance assessed by the Push-out test as per Eurocode 4. The connection between channel shear connectors and the beam was made using self-tapping screws to avoid welding. The performance of the connectors was analyzed based on their ultimate capacity, characteristic capacity, ductility, and slippage during loading. Strength to weight ratio was also carried out to understand the proposed connectors' suitability for conventional ones. The results showed relatively higher initial stiffness and ductility for double channel connectors than other connectors. Also, self-tapping screws had a higher strength to weight ratio with low ductility.
In this study, on-site testing was carried out to investigate the vibration performance of a cold-formed thin-walled steel floor system. Ambient vibration, walking excitation (single and double persons), and impulsive excitation (heel-drop and jumping) were considered to capture the primary vibration parameters (natural frequencies, damping ratios, and mode shapes) and vertical acceleration response. Meanwhile, to discuss the influence of cement fiberboard on structural vibration, the primary vibration parameters were compared between the systems with and without the installation of cement fiberboard. Based on the experimental analysis, the cold-formed thin-walled steel floor possesses high frequency (> 10 Hz) and damping (> 2%); the installed cement fiberboard mainly increases the mass of floor system without effectively increasing the floor stiffness and may reduce the effects of primary vibration parameters on acceleration response; and the human-structure interaction should be considered when analyzing the vibration serviceability. The comparison of the experimental results with those in the AISC Design Guide indicates that the cold-formed thin-walled steel floor exhibits acceptable vibration serviceability. A crest factor 𝛽rp (ratio of peak to root-mean-square accelerations) is proposed to determine the root-mean-square acceleration for convenience.
de Andrade, S.A.L.;da S. Vellasco, P.C.G.;Mergulhao, A.J.R.
Steel and Composite Structures
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제2권5호
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pp.397-410
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2002
The main aim of the present paper is to present the results of a full-scale experimental investigation to study the structural behaviour of composite steel beams. The composite beam was made of cold-formed steel section shapes filled with reinforced concrete. First a comprehensive description of the experimental results in terms of: deflections, deformations, slippage and stress levels on critical steps of the load path is presented. The experimental results were then compared to theoretical values obtained by the use of an analytical model based on ultimate limit state stress blocks. Finally, a practical application of the use of this structural solution is depicted.
본 논문은 횡하중을 받는 냉간성형 ㄷ 형강보의 응력해석에 관해 다루고 있다. 냉간형강 보에 가해지는 각 하중 레벨에서의 응력을 계산하여 국부좌굴과 횡좌굴을 고려하여 구조해석을 실시하였다. 해석모델은 박벽보의 기본이론에 의해 유도되었으며 1차원 보요소 유한요소해석을 통하여 수치해석을 하였다. 수치해석결과는 AISI 규준과 비교되었으며, 본 연구에서 제안된 해석모델이 냉간형강보의 처짐뿐 아니라 응력도 매우 정확히 예측함을 알 수 있었다.
Buckling and post-buckling of cold-formed steel members are rather difficult to predict due to material and geometrical non-linearity. However, numerical techniques have reached a level of maturity such that many are now successfully undertaking ultimate strength analysis of cold-formed steel members. In numerical non-linear analysis, both geometrical and material imperfections, have to be estimated and properly used. They must be codified in terms of shape and magnitude. The presented paper represents a state-of-art report, including relevant results obtained by the authors and collected from literature, on that problem.
Cold-formed channel sections are used in a variety of applications in which they are required to absorb deformation energy. This paper investigates the collapse behaviour and energy absorption capability of cold-formed steel channels with flange edge stiffeners under large deformation major-axis bending. The Yield Line Mechanism technique is applied using the energy method, and based upon measured spatial plastic collapse mechanisms from experiments. Analytical solutions for the collapse curve and in-plane rotation capacity are developed, and used to model the large deformation behaviour and energy absorption. The analytical results are shown to compare well with experimental values. Due to the complexities of the yield line model of the collapse mechanism, a simplified procedure to calculate the energy absorbed by channel sections under large bending deformation is developed and also shown to compare well with the experiments.
This study presents the strength of braced and unbraced cold-formed steel wall frames consisting of several wall studs acting as columns, top and bottom tracks, and bracing members. The strength and the buckling mode of steel wall frames were found to be different due to the change of bracing type. In addition, the spacing of wall studs is a crucial factor to the strength of steel wall frames. The comparisons were made between the test results and the predictions computed based on AISI Code. The related specifications do not clearly provides the effective length factors for the member of cold-formed steel frame under compression. This paper proposes effective length factors for the steel wall frames based on the test results. A theoretical model is also derived to obtain the modulus of elastic support provided by the bracing at mid-height of steel wall frames in this research.
Kripka, Moacir;Chamberlain Pravia, Zacarias Martin
Structural Engineering and Mechanics
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제48권3호
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pp.383-394
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2013
Cold-formed profiles have been largely used in the building industry because they can be easily produced and because they allow for a wide range of sections and thus can be utilized to meet different project requirements. Attainment of maximum performance by structural elements with low use of material is a challenge for engineering projects. This paper presents a numerical study aimed at minimizing the weight of lipped and unlipped cold-formed channel columns, following the AISI 2007 specification. Flexural, torsional and torsional-flexural buckling of columns was considered as constraints. The simulated annealing method was used for optimization. Several numerical simulations are presented and discussed to validate the proposal, in addition to an experimental example that qualifies its implementation. The ratios between lips, web width, and flange width are analyzed. Finally, it may be concluded that the optimization process yields excellent results in terms of cross-sectional area reduction.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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