In current European Standard EN 1993, the moment-rotation characteristics of beam-to-column joints made from steel with a yield stress > 460MPa are obtained from elastic design procedures. The strength of the joint basic components, such as the column web subject to local transverse compression, is thus limited to the yield resistance rather than the plastic resistance. With the recent developments of higher strength steel grades, the need for these restrictions should be revisited. However, as the strength of the steel is increased, the buckling characteristics become more significant and thus instability phenomena may govern the design. This paper summarizes a comprehensive set of finite element parametric studies pertaining to the strength behaviour of high-strength steel unstiffened I-columns in transverse compression. The paper outlines the implementation and validation of a three-dimensional finite element model and presents the relevant numerical test results. The finite element predictions are evaluated against the strength values anticipated by the EN 1993 for conventional steel columns and recommendations are made for revising the specifications.
Teeuwen, P.A.;Kleinman, C.S.;Snijder, H.H.;Hofmeyer, H.
Steel and Composite Structures
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v.10
no.1
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pp.1-21
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2010
As an alternative for conventional structures for tall buildings, a hybrid lateral load resisting structure has been designed, enabling the assembly of tall buildings directly from a truck. It consists of steel frames with discretely connected precast concrete infill panels provided with window openings. Besides the stiffening and strengthening effect of the infill panels on the frame structure, economical benefits may be derived from saving costs on materials and labour, and from reducing construction time. In order to develop design rules for this type of structure, the hybrid infilled frame has recently been subjected to experimental and numerical analyses. Ten full-scale tests were performed on one-storey, one-bay, 3 by 3 m infilled frame structures, having different window opening geometries. Subsequently, the response of the full-scale experiments was simulated with the finite element program DIANA. The finite element simulations were performed taking into account non-linear material characteristics and geometrical non-linearity. The experiments show that discretely connected precast concrete panels provided with a window opening, can significantly improve the performance of steel frames. A comparison between the full-scale experiments and simulations shows that the finite element models enable simulating the elastic and plastic behaviour of the hybrid infilled frame.
Pituba, Jose J. De C.;Delalibera, Rodrigo G.;Rodrigues, Fabio S.
Computers and Concrete
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v.10
no.3
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pp.307-330
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2012
This work intends to contribute for the improvement of the procedure suggested by Brazilian Technical Code that takes into account the cracked concrete stiffness in the estimative of the displacement of reinforced concrete beams submitted to service loads. A damage constitutive model accounting for induced anisotropy, plastic deformations and bimodular elastic response is used in order to simulate the concrete behaviour, while an elastoplastic behaviour is admitted for the reinforcement. The constitutive models were implemented in a program for bars structures analysis with layered finite elements. Initially, the damage model is briefly presented as well as the parametric identification of the materials that have been used in the reinforced concrete beams. After that, beams with different geometries and reinforcement area are analyzed and a statistical method (ANOVA) is employed in order to identify the main variables in the problem. Soon after, the same procedure is used with another resistance of concrete, where the compression strength is changed. The numerical responses are compared with the ones obtained by Brazilian Technical Code and experimental tests in order to validate the use of the damage model. Finally, some remarks are discussed based on responses presented in this work.
This paper deals with the experimental analysis of the flexural behaviour of encased composite beams with hollow core slabs and channels. The shear force between steel beams and hollow core slabs are transferred by channels. Three full-scale specimens were constructed and tested with different steel beam heights, which were compared with those of previous studies. Based on observation of the experiments, the encased composite beams exhibited full shear connection behaviour without any other shear connectors due to their inherent mechanical and chemical bond stress. Experimental results show a behaviour similar to steel-concrete composite beams with classical connectors: elastic and yield domains, great ductility, flexural failure mode (plastic hinge), low relative movement at steel-concrete interface and all specimens failed in a very ductile manner. Consequently, this study enables the validation of the proposed connection device under static loading and shows that it meets modern structural requirements.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.15
no.9
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pp.117-126
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1998
For investigating rubber pad sheet metal forming process, the rubber pad deformation characteristics as well as the contact problem of rubber pad-sheet metal has been analyzed. In this paper, the behavior of the rubber deformation is represented by hyper-elastic constitutive relations based on a generalized Mooney-Rivlin model. Finite element procedures for the two-dimensional responses, employing total Lagrangian formulations are implemented in an implicit form. The volumetric incompressibility condition of the rubber deformation is included in the formulation by using penalty method. The sheet metal is characterized by elasto-plastic material with strain hardening effect and analyzed by a commercial code. The contact procedure and interface program between rubber pad and sheet metal are implemented. Inflation experiment of circular rubber pad identifies the behaviour of the rubber pad deformation during the process. The various form dies and scaled down apparatus of the rubber-pad forming process are fabricated for simulating realistic forming process. The obtaining experimental data and FEM solutions were compared. The numerical solutions illustrate fair agreement with experimental results. The forming pressure distribution according to the dimensions of sheet metal and rubber pads, various rubber models and rubber material are also compared and discussed.
A single layer latticed dome is one of the most efficient structures because of its low specivic gravity. For easily analyzing of a single layer latticed dome, joint system is assumed to be pin or rigid joint. However, its joint uses ball whose system has intermediate properties of pin and rigid joint. Therefore this study has a grasp of bending rigidity, stress and mechanical properties through experimental and analyzing method of the bolt inserted ball joint. To analyze the stress of bolt and sleeve, this study uses through 3D elastic contact and cubic element, and then the ball and the bolt are perfectly connected for easily analyzing Compared experimental results to F.E.M, each specimen has an error of less than 12 percent. In the results of stress distribution through F.E.M, stress occurs from bottom of bolt to top of sleeve, and most of tension appears on the bolt, also compression occurs from upper parts of the bolt to the sleeve. The assumption of bending stiffness in ball joint is well known that bolt resists only tension and upper sleeve resiss compression. The results of experiment and analysis have $7{\sim}56%$ error, assuring that upper part of bolt occurs of partial compression. In the result of modified assumption have $4{\sim}20%$ error.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1994.10a
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pp.235-239
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1994
In this paper, the fatigue behaviour of typical axisymmetric forward extrusion die is investigated and extrusion process is analyzed by the rigid-plastic finite element method and elasto-plastic finite element method. To approach the crack problem involving crack initiation and propagation in extrusion die, LEFM(Linear Elastic Fracture Mechanics) is introduced and singular element which models stress.strain singularity in the crack tip vincity has been used to obtain an accurate stress intensityu factor values and other results. Form the displacement around the crack tip the stress intensity factor and the effective stress intensity factor at the beginning of the die inlet radius has been calculated. Applying proper fatigue crack propagation criterion such as Paris/Erdogan fatigue law to this data the angle and direction of fatigue crack growth has been simulated and these are compared with some experimental results. Using the computed crack growth rate, fatigue life of the extrusion die has been evaluated.
Thermomechanical analysis is conducted on the radioactive repository in deep rock mass considering the in-situ stress, excavation and thermal loading of a radioactive waste. Thermomechanical properties of a discontinuous rock mass are estimated by a theoretical method so called sequential analysis. Using the estimated properties as input for finite element analysis, the influence on temperature distribution and thermal stress is analyzed within the scope of 2-dimensional steady state and transient heat transfer and coupled thermal elastic plastic behaviour. Granitic rock mass is taken for this analysis. The analysis is done for two different rock mass conditions, i.e. continuous-homogeneous and highly jointed conditions, for the purpose of comparison. In the case of steady state, the extent of disturbed zone around the storage tunnel due to the heat production of the spent-fuel canister varies depending on the thermomechanical properties of the rock mass. In the case of transient analyses, the response of the jointed rock mass to the thermal loading after radioactive waste disposal varies significantly with time, resulting in dramatic changes in the both size and location of disturbed zone.
A simplified numerical procedure have proposed to trace the dynamic behaviour of offshore tubulars subjected to lateral collision impacts. The local denting and overall bending deformation of the struck tubular are represented by a non-linear spring and an elastic visco-plastic beam respectively. In this method a temporal finite difference method and a spacial finite element method are employed. Using this method various boundary conditions are able to considered and their effects on the extent of damage can be quantified. The extent of damage due to collision can be obtained as results of the dynamic analysis. The predictions using the proposed method have been correlated with existing test results and then the reliability of the procedure has been substantiated. The characteristics of the dynamic response of tubulars under lateral impacts are compared for simply supported roller and fixed end conditions and their effects on the extent of damage are specfied.
Convergence measurements play very important role in the assessment of stability of a tunnel and of the economics of rock reinforcements. The characteristics of convergences are both due to the face advance effect and the time-dependent behaviour of rocks. As the convergence law can be modeled as a specific function of two variables of distance and time, we can determine the type of function and the related parameters from the field measurements. By using the regression method based on the Levengberg-Marquardt algorithm, an analysis of convergence of two different tunnels and one numerical example is described. It is shown that the convergence can be modeled as following function, C(x)=a{1-exp(-bx)} or C(t)=a{1-exp(-bt)} in case of a tunnel excavated in elastic rocks, in case of elasto-plastic or over stressed rocks.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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