Saoula Abdelkader;Abdelrahmane B. Benyamina;Meftah Sid Ahmed
Steel and Composite Structures
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v.52
no.3
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pp.343-356
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2024
This paper presents an analytical solution for correctly predicting the Lateral-Torsional Buckling critical moment of simply supported castellated beams, the solution covers uniformly distributed loads combined with compressive loads. For this purpose, the castellated beam section with hexagonal-type perforation is treated as an arrangement of double "T" sections, composed of an upper T section and a lower T section. The castellated beam with regular openings is considered as a periodic repeating structure of unit cells. According to the kinematic model, the energy principle is applied in the context of geometric nonlinearity and the linear elastic behavior of materials. The differential equilibrium equations are established using Galerkin's method and the tangential stiffness matrix is calculated to determine the critical lateral torsional buckling loads. A Finite Element simulation using ABAQUS software is performed to verify the accuracy of the suggested analytical solution, each castellated beam is modelled with appropriate sizes meshes by thin shell elements S8R, the chosen element has 8 nodes and six degrees of freedom per node, including five integration points through the thickness, the Lanczos eigen-solver of ABAQUS was used to conduct elastic buckling analysis. It has been demonstrated that the proposed analytical solution results are in good agreement with those of the finite element method. A parametric study involving geometric and mechanical parameters is carried out, the intensity of the compressive load is also included. In comparison with the linear solution, it has been found that the linear stability underestimates the lateral buckling resistance. It has been confirmed that when high axial loads are applied, an impressive reduction in critical loads has been observed. It can be concluded that the obtained analytical solution is efficient and simple, and offers a rapid and direct method for estimating the lateral torsional buckling critical moment of simply supported castellated beams.
Jalili, Sina;Zamani, Jamal;Shariyat, M.;Jalili, N.;Ajdari, M.A.B.;Jafari, M.
Structural Engineering and Mechanics
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v.49
no.5
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pp.555-568
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2014
In this article, stability of composite conical shells subjected to dynamic external pressure is investigated by numerical and experimental methods. In experimental tests, cross-ply glass woven fabrics were selected for manufacturing of specimens. Hand-layup method was employed for fabricating the glass-epoxy composite shells. A test-setup that includes pressure vessel and data acquisition system was designed. Also, numerical analyses are performed. In these analyses, effect of actual geometrical imperfections of experimental specimens on the numerical results is investigated. For introducing the imperfections to the numerical models, linear eigen-value buckling analyses were employed. The buckling modes are multiplied by very small numbers that are derived from measurement of actual specimens. Finally, results are compared together while a good agreement between results of imperfect numerical analyses and experimental tests is observed.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.4A
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pp.465-474
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2008
Generally design of frame structures composed of beam-column member is accomplished by stability evaluation of each member considering the effective buckling length. This study selects a member of the smallest non-dimension slenderness ratio using the buckling eigenvalue calculated by the elastic buckling eigen-value analysis and axial force of the each member, and decides the initial deflection quantity reflected geometric and material nonlinearities from a suggested equation on the base of standard strength curve of Korea Bridge Design Code. Second-order elastic analysis applying the initial deflection is executed and the stability of each member is evaluated and decides ultimate strength. Through examples of eight-stories and four-stories plane frame structures, the evaluation of the stability is compared with the existing method and ultimate strength of the suggested method is compared with ultimate strength by the nonlinear inelastic analysis. Through these procedures, the increasing of effective buckling length by elastic buckling eigenvalue analysis is prevented from a new design method that considers initial imperfections. And the validity of this method is proved.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.4
no.1
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pp.93-101
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1984
New formulas to determine the critical elastic buckling load of long tapered columns are given. This study is restricted to solid round or rectangular columns with fixed-free ends as often used in highway design. The exact solution of the differential equation of the deflection curve is expressed in terms of Bessel Function and the solution is numerically evaluated using Bisection method by computer. In the F.E.M analysis of columns under their own weight, the stability problem can be resulted in a eigen value problem of conservative system. Approximate solution by the F.E.M is evaluted numerically using Jacobi method and compared with exact solution of the prismatic column to increase the precision. In addition, critical buckling load of the tapered column for every shape factor and ratio of cross-sectional change (Diameter of bottom end/Diameter of upper end) was converted into a comparable expression to critical buckling load of the prismatic column.
This paper presents a numerical analysis procedure and a characteristics for dynamic of cylindrical panels. The panels with simply-simply or simply-clamped edge supports are subjectes to circumferential compressive or flexural stresses. The differential equations governing vibration and dynamic for these panels are derived by using the fundamental differential equation of the Love-Timoshenko and are solved numerically by the Galerkin method. The panel with simply-clamped edge supports is used a trigonometric function or an eigen function of a beam as a trial function and the effects of trial functions on numerical solutions are displayed. Numerical results are presented to demonstrate the effects of the flexural parameters in natural frequencies and coefficients of critical buckling, and some typical mode shapes of vibration and buckling are also presented.
Sondej, Mateusz;Iwicki, Piotr;Wojcik, Michal;Tejchman, Jacek
Steel and Composite Structures
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v.20
no.1
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pp.147-166
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2016
The paper presents comprehensive quasi-static stability analysis results for a real funnel-flow cylindrical steel silo composed of horizontally corrugated sheets strengthened by vertical thin-walled column profiles. Linear buckling and non-linear analyses with geometric and material non-linearity were carried out with a perfect and an imperfect silo by taking into account axisymmetric and non-axisymmetric loads imposed by a bulk solid following Eurocode 1. Finite element simulations were carried out with 3 different numerical models (single column on the elastic foundation, 3D silo model with the equivalent orthotropic shell and full 3D silo model with shell elements). Initial imperfections in the form of a first eigen-mode for different wall loads and from 'in-situ' measurements with horizontal different amplitudes were taken into account. The results were compared with Eurocode 3. Some recommendations for the silo dimensioning were elaborated.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.14
no.2
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pp.57-65
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2010
To determine the static buckling loads and evaluate the structural performance of slender steel pipe-arches such as for greenhouse structures, a series of modal tests using a fixed hammer and roving sensors was carried out, by providing no load, then a range of vertical loads, on an arch rib in several steps. More attention was given to an internal arch where vertical and horizontal auxiliary members are not placed, unlike an end arch. Modal parameters such as natural frequencies, mode shapes and damping ratios were extracted using more advanced system identification methods such as PolyMAX (Polyreference Least-Squares Complex Frequency Domain), and compared with those predicted by commercial FEA (Finite Element Analysis) software ANSYS for various conditions. A good correlation between them was achieved in an overall sense, however the reduction of natural frequencies due to the existence of preaxial loads was not apparent when the vertical load level was about up to 38% of its resistance. Some difficulties related to the field testing and parameter extraction for a very slender arch, as might arise from the influences of neighboring members, are carefully discussed.
The objective of this study is to investigate the stability behavior of steel cable-stayed bridges by comparing the buckling loads obtained by means of finite element methods with eigen-solver. In recent days, cable-stayed bridges dramatically attract engineers' attention due to their structural characteristics and aesthetics. They require a number of design parameters and present a high degree of static indetermination, especially for long span bridges. Cable-stayed bridges exhibit several nonlinear behaviors concurrently under normal design loads due to the individual nonlinearity of substructures such as the pylons, stay cables, and bridge deck, and their interactions. The geometric nonlinearities arise mainly from large displacements of cables. Strong axial and lateral forces acting on the bridge deck and pylons cause structural nonlinear behaviors. The interaction is among the substructures. In this paper, a typical three-span steel cable-stayed bridge with a variety of design parameters has been investigated. The numerical results indicate that the design parameters such as the ratio of $L_1/L$ and $I_p/I_b$ are important for the structural behavior, where $L_1$ is the main span length, L is the total span length of the bridge, $I_p$ is the moment of inertia of the pylon, and $I_b$ is the moment of inertia of the bridge deck. When the ratio $I_p/I_b$ increases, the critical load decreases due to the lack of interaction among substructures. Cable arrangements and the height of pylon are another important factors for this type of bridge in buckling analysis. According to numerical results, the bridges supported by a pylon with harp-type cable arrangement have higher critical loads than the bridges supported by a pylon with fan-type cable arrangement. On contrary, the shape of the pylon does not significantly affect the critical load of this type of bridge. All numerical results have been non-dimensionalized and presented in both tabular and graphical forms.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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