Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.21
no.1
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pp.87-94
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2021
The purpose of this paper is to improve the inappropriate analysis results when the end of the brace on braced frame is applied as pinned connection in practice. The stiffness of the gusset plate connection on the braced frame has the amount of between pinned and rigid connection, and the analysis model that applies the stiffness of the connection must be used for accurate performance evaluation. In this study, the stiffness of the gusset plate designed by the balanced design procedure are quantified, and applied to the analysis model to simulate the gusset plate connection. The proposed model was verified through nonlinear static analysis (pushover analysis) of SAP2000. The effect of the connection on the seismic performance of the braced frame was analyzed by comparing the proposed model and pinned model. As a result, it was confirmed that the performance of the braced frame was evaluated conservatively in practice, and the ductility was overestimated. Therefore, it is important to consider the connection for accurate and economical performance evaluation.
In Special Concentrically Braced Frames (SCBFs), vertical and horizontal components of the brace force must be resisted by column and beam, respectively but normal force component existing at the gusset plate-to-column and beam interfaces, creates out-of-plane action making distortion in column and beam faces adjacent to the gusset plate. It is a main concern in Hollow Structural Section (HSS) columns and beams where their webs and gusset plate are not in the same plane. In this paper, a new gusset plate passing through the HSS columns and beams, named as through gusset plate, is proposed to study the force transfer mechanism in such gusset plates of SCBFs compared to the case with conventional gusset plates. For this purpose, twelve SCBFs with diagonal brace and HSS columns and twelve SCBFs with chevron brace and HSS columns and beams are considered. For each frame, two cases are considered, one with through gusset plates and the other with conventional ones. Based on numerical results, using through gusset plates prevents distortion and out-of-plane deformation at HSS column and beam faces adjacent to the gusset plate helping the entire column and beam cross-sections to resist respectively vertical and horizontal components of the brace force. Moreover, its application increases energy dissipation, lateral stiffness and strength around 28%, 40% and 32%, respectively, improving connection behavior and raising the resistance of the normal force components at the gusset plate-to-HSS column and beam interfaces to approximately 4 and 3.5 times, respectively. Finally, using such through gusset plates leads to better structural performance particularly for HSS columns and beams with larger width-to-thickness ratio elements.
Kim, Woo Bum;Lee, Young Jung;Kim, Kap Sun;Chung, Soo Young
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.13
no.6
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pp.609-619
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2001
It is almost impossible to evaluate the ultimate strength theoretically, because the behavior of Gusset-Tube connection stiffened with rib-plate is considerably complicate. Therefore in this study a finite element model of gusset-tube connection stiffened with rib-plate was established. The validity of finite element analysis was examined through comparing with previous experimental result and the behavior and strength of the connection was examined. From the parametric study considering lateral force ratio, eccentricity, gusset length based on finite element model, the stiffened effect was estimated and stiffening method was proposed.
A tubular member holding an axially through-gusset connection is often used to transmit axial compression in a steel truss structures. The elastic buckling loads of the member is affected by the stiffness ratio($\beta$) and the length ratio(G) because of two elements with different properties. In current code, however, the strength is evaluated with an effective length factor k=0.9 without considering the above effect. Therefore this study analyzed a theoretical mechanism based on the elasticity theory and performed a finite element analysis to investigate the influence parameters on the elastic buckling strength of axially loaded member.
A numerical analysis and experimental study were performed to investigate the behavior and strength of tube-gusset connection subjected to axial and lateral forces. To investigate the behavior of the connections, experiment was conducted by applying three directional loads. Local buckling and local plastic bending deformation of the connection were observed from the test. Analytical results were compared with test results for the limited cases. Primary interests here are the effect of eccentricity on the strength of the connection. To suggest a formula for the strength of tube-gusset connection, lateral forces were replaced with equivalent wall moment and eccenrtric vertical component force of lateral force. Ultimate strength formula for the each force was proposed. Finally, nondimensionalized ultimate strength interaction relationships between the wall moment of tube($M_w$), vertical axial force($P_v$), and eccentric vertical component of lateral force($P_e$) were formulated through parametric study.
Concrete-filled steel tube (CFT) composite columns, either circular (CCFT) or rectangular (RCFT), have many economical and aesthetic advantages but the behavior of their connections are complicated. This study aims to investigate, through an experimental program, the performance and behavior of different connections configurations between circular concrete filled steel tube columns (CCFT) and gusset plates subjected to shear and axial compression loadings. The study included seventeen connection subassemblies consisting of a fixed length steel tube and gusset plate connected to the tube end with different details tested under half cyclic loading. A notable effect was observed on the behavior of the connections due to its detailing changes with respect to capacity, failure mode, ductility, and stress distribution.
Connections to circular hollow steel sections (CHS) are considered one of the most complex and time consuming connections in steel construction. Such connections are usually composed of gusset plates welded to the outside of the steel tube or penetrating the steel tube. Design guides, accounting for the effect of connection configuration on the strength of the connection, are not present. This study aims to investigate, through experimental testing and a parametric study, the influence of connection configuration on the strength of one sided branch plate-to-CHS members. A notable effect was observed on the behavior of the connections due to its detailing changes with respect to capacity, failure mode, ductility, and stress distribution. A parametric study is performed using the calibrated analytical model to include a wider range of parameters. The study involves 26 numerical analyses of finite element models including parameters of the diameter-to-thickness (D/t) ratio, length of gusset plate, and connection configuration. Accordingly, a modification to the formulas provided by the current design recommendations was suggested to include connection configuration effects for the one sided branch plate-to-CHS members.
With the increase in the demand for high-rise buildings, the use of high-strength steel has likewise increased. Thus, it has become more necessary to study the resistance force of the high-strength hollow structural section (HSS) joint of 600MPa. Additionally, the current design equation in Korea limits maximum yield stress at 360MPa in the case of HSS. In other words, since the current specification does not apply to HSS of 600MPa, this study aims to investigate the applicability of design equations as well as examine the behavior of the connection through the experiment and finite element analysis (FEA) of the plate-tube connection of 600MPa. In particular, this paper presents the behavior of joints with the gusset plates welded in the longitudinal direction of the circular hollow section (CHS) when the joints are subjected to lateral force. Comparing design equations with the results of FEA and the test, existing design equations are underestimated to be 56~79% in the case of high-strength materials.
Experiments and the parametric based on finite element model were conducted to investigate the behavior and strength of a gussettube connection concerned with eccentricity and selenderness ratio. Because of limitations in loading capacity the specimens were fabricated with 1/3 scale of full size. Of primary interest here are the ultimate strength of connections having eccentricity caused by lateral loads. As a result the effect of eccentricity on the buckling strength was examined and the validity of the finite element model adopted in this study was verified through comparing with test results.
This study was carried out in order to evaluate the bending creep deflection of glulams and bolted glulams beam-to-beam connection with steel-gusset plates and bolts under changing relative humidity. The two types of glulam beams (130 mm in width, 175 mm in thickness, and 3000 mm in length) used in this study were made from domestic larch and composed of seven layers. The gussets were made of 8-mm-thick steel plates. Creep testing was conducted under constant loads in an uncontrolled environment. The test was carried out in a room that was well ventilated through a window. The creep test specimens were loaded for 33,000 hours. A bending creep test for the glulams was conducted through four-point loading. The applied stresses were 20% and 30% of the MOR in the static bending test for the glulam and bolted glulam, respectively. After 33,000 hours, the creep deflection of the glulam at a 20% stress level increased by 39% to 99%, while the creep deflection of the glulam at a 30% stress level increased by 27% to 67%, as compared with instantaneous elastic deflection. The relative creep increased during autumn and winter, and recovered during spring and summer. The relative creep of the bolted glulams was changed abruptly by loading up to 5,000 hours, but stabilized after 5,000 hours, and then gradually increased until 33,000 hours. The relative creep of the bolted glulam increased 2.11 times on average after 33,000 hours.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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