Neglecting the real joint behaviour in frame analysis may result in unrealistic predictions of the response and reliability of steel frames. The reliability of the prediction of main joint properties according to the component method (Eurocode 3-Part 1.8) still remains open to further investigation. The first step toward the solution is to compare the theoretical expressions given in EN 1993-1-8 and the experimental results. With that goal in mind six nominally the same, but really different specimens of welded beam-to-column joints subjected to static load were tested. The specimens present a combination of nominally identical structural elements produced in different European mills. This paper provides these tests, as well as their detailed evaulation and interpretation. All three joint structural properties (rotational stiffness, moment resistance and rotation capacity) have been considered. Four models for determining the plastic resistance out of experimental Mj-${\phi}$ curves have been applied. The results that have been discussed in detail, point to the fact that EN 1993-1-8 underestimates the real structural properties of the tested type of joint, as well as to the conclusion that detailed research of this problem needs to be conducted using the probabilistic reliability methods.
Qi, Liangjie;Liu, Mengda;Shen, Zhangpeng;Liu, Hang
Earthquakes and Structures
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제23권2호
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pp.183-196
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2022
Reduced beam section (RBS) moment connections used in special moment resisting frames are currently limited to beam sections that are not larger than nominal depths of 920 mm, weight of 447 kg/m and flange thickness of 44 mm. Due to the higher demand for structural components with jumbo sections, which can potentially be applied in the transfer girders in long-span building structures, the newly available steel heavy members are promising. To address this issue, advanced numerical models are developed to fully evaluate the distribution of stresses and concentrations of plastic strains for such jumbo RBS connections. This paper first presents a brief overview of an experimental study on four specimens with large beam and column sections. Then, a numerical model that includes initial imperfections, residual stresses, geometric nonlinearity, and explicitly modeled welds is presented. The model is used to further explore the behavior of the test specimens, including distribution of stresses, distribution of plastic strains, stress triaxiality and potential for fracture. The results reveal that the stresses are highly non-uniform across the beam flange and, similarly, the plastic strains concentrate at the extreme fiber of the bottom flange. However, neither of these phenomena, which are primarily a function of beam flange thickness, is reflected in current design procedures.
본 연구는 8개의 RBS(reduced beam section) 내진 철골모멘트접합부의 실물대 실험결과를 요약한 것이다. 실험의 주요변수는 보 웨브 접합법 및 패널존 강도를 택하였다. 균형 패널존 시험체는 접합부의 내진성능을 감소시키지 않으면서, 보와 패널존이 함께 균형적으로 지진에너지를 소산시키도록 설계하여 값비싼 패널존 보강판(doubler plates)의 수요를 줄이고자 시도한 것이다. 보 웨브를 용접한 시험제는 모두 특별 연성모멘트골조에서 요구되는 접합부 회전능력을 충분히 발휘하였다. 반면 보 웨브를 볼트 접합한 시험체는 조기에 스캘럽을 가로지르는 취성파단이 발생하는 열등한 성능을 보였다. 보 그루브 용접부 자체의 취성파괴가 본 연구에서와 같이 양질의 용접에 의해 방지되면, 스켈럽 부근의 취성파단이 다음에 해결해야 할 문제로 대두되는 경향을 보인다. 보 웨브를 볼팅한 경우에 접합부 취성파단의 빈도가 월등히 높은 이유를 실험 및 해석결과를 토대로 제시하였다. 측정된 변형도 데이터에 의할 때, 접합부의 전단력 전달메카니즘은 흔히 가정하는 고전 휨이론에 의한 예측과 전혀 다르다. 이는 전통적 보 웨브 설계법을 재검토할 필요가 있음을 시사하는 것이다. 아울러, 접합부에서 요구되는 바람직한 거동기준을 제시하고 이를 근거로 균형 패널존의 강도범위에 대한 예비적 추정치를 제시하였다.
Due to structural characteristics, construction costs and duration of a modular system would be saved by minimizing the schedule on the job site. As such, it is crucial to develop a connection that can guarantee stiffness while allowing for simple assembling. Particularly, the mid- to high-rise construction of the modular system necessitates the securing of the structural stability and seismic performance of multi-unit frames and connections, and thus, the stiffness of unit-assembled structures needs to be re-evaluated and designed. However, evaluating a frame consisting of slender members and reinforcing materials is a complicated process. Therefore, the present study aims to examine the structural characteristics of a modular unit connection based a method for reinforcing connection brackets and hinges while minimizing the loss of the cross section. Toward this end, the study modeled the beam-to-column connection of a modular system with the proposed connection, and produced a specimen which was used to perform a cycling loading test. The study compared the initial stiffness, the attributes of the hysteretic behavior, and the maximum flexural moment, and observed whether the model acquired the seismic performance, compared to the flexural strength of the steel moment frame connection that is required by the Korean Building Code. The test results showed that the proposed connection produced a similar initial stiffness value to that of the theoretical equation, and its maximum strength exceeded the theoretical strength. Furthermore, the model with a larger ceiling bracket showed higher seismic performance, which was further increased by the reinforcement of the plate.
Seismic retrofitting of existing buildings and design of earth-quake resistant buildings are important issues associated with earthquake-prone zones. Use of metallic-yielding dampers as an energy dissipation system is an acceptable method for controlling damages in structures and improving their seismic performance. In this study, the optimal distribution of dampers for reducing the seismic response of steel frames with multi-degrees freedom is presented utilizing the uniform distribution of deformations. This has been done in a way that, the final configuration of dampers in the frames lead to minimum weight while satisfying the performance criteria. It is shown that such a structure has an optimum seismic performance, in which the maximum structure capacity is used. Then the genetic algorithm which is an evolutionary optimization method is used for optimal arrangement of the steel dampers in the structure. In continuation for specifying the optimal accurate response, the local search algorithm based on the gradient concept has been selected. In this research the introduced optimization methods are used for optimal retrofitting in the moment-resisting frame with inelastic behavior and initial weakness in design. Ultimately the optimal configuration of dampers over the height of building specified and by comparing the results of the uniform deformation method with those of the genetic algorithm, the validity of the uniform deformation method in terms of accuracy, Time Speed Optimization and the simplicity of the theory have been proven.
This work presents an optimality criteria method applicable io the design of plane frames with I-shape sections. All kinds of constraints are treated properly to ensure the mathematical rigour of the method as ever. Among the various properties of a section, the cross-sectional area is chosen as the design variable associated with the member. Then other properties, moment of inertia and depth, are determined from the cross-sectional area using relationships established in advance from the sectional data for AISC standard W shapes. The optimality criteria established in this work is perfect in mathematical terms provided that the relationships between properties of a section are correct. A redesign algorithm is derived relying heavily on the Newton-Raphson method to solve the system of nonlinear constraint equations. A worked example is also Presented.
This is paper presents the results of an analytical study aimed at evaluating the effect of narrow-banded mainshock/aftershock seismic sequences on the response of structures built on very soft soil sites. Due to the scarce availability of recorded seismic sequences in accelerographic stations located in the lake-bed of Mexico City, artificial narrow-banded sequences were employed. In the first part of this study, a parametric investigation was carried out to identify the mainshock/aftershock ground motion features that have detrimental effects in the seismic performance of equivalent single-degree-of-freedom systems representative of framed-buildings that house standard and essential facilities. In the second part of this work, the seismic response of two (8- and 18-story) steel-moment resisting frames that house essential facilities is examined. It is concluded that buildings with fundamental periods of vibration longer than the dominant period of the mainshock can experience a significant increment in their inter-story drift demands due to the occurrence of an aftershock.
The purpose of this study is to evaluate the validity of seismic performance evaluation using static analysis. For this purpose, Ordinary Moment Resisting Steel Frames(OMRSF) for different heights(3, 6 ,9, 12 story) and seismic zones(Zone 2A, 2B, 3, 4) were designed in compliance to AISC LRFD 1993 Seismic Provisions and NEHRP 1994 Guidelines. Nonlinear Static Procedure(NSP) and Nonlinear Dynamic Procedure(NDP) with a set of ground motion record were used to evaluate seismic demands in OMRSFs. Using the DRAIN-2DX program, this study compares peak displacement demands(Target Displacement) proposed by FEMA 273 with the peak roof displacement demands obtained from the inelastic time history analyses. Based on the results, the validity of procedure of seismic demand evaluation using Target Displacement is discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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