This paper presents the cost optimization of a composite I beam floor system, designed to be made from a reinforced concrete slab and steel I sections. The optimization was performed by the mixed-integer non-linear programming (MINLP) approach. For this purpose, a number of different optimization models were developed that enable different design possibilities such as welded or standard steel I sections, plastic or elastic cross-section resistances, and different positions of the neutral axes. An accurate economic objective function of the self-manufacturing costs was developed and subjected to design, resistance and deflection (in)equality constraints. Dimensioning constraints were defined in accordance with Eurocode 4. The Modified Outer-Approximation/Equality-Relaxation (OA/ER) algorithm was applied together with a two-phase MINLP strategy. A numerical example of the optimization of a composite I beam floor system, as presented at the end of this paper, demonstrates the applicability of the proposed approach. The optimal result includes the minimal produced costs of the structure, the optimal concrete and steel strengths, and dimensions.
Flange and web local buckling in beam plastic hinge regions of steel moment frames can prevent beam-column connections from achieving adequate plastic rotations under earthquake-induced forces. Reducing the flange-web slenderness ratios (FSR/WSR) of beams is the most effective way in mitigating local member buckling as stipulated in the latest seismic design specifications. However, existing steel moment frame buildings with beams that lack the adequate slenderness ratios set forth for new buildings are vulnerable to local member buckling and thereby system-wise instability prior to reaching the required plastic rotation capacities specified for new buildings. This paper presents results from a research study investigating the cyclic behavior of steel I-beams modified by a welded haunch at the bottom flange and reinforced with glass fiber reinforced polymers at the plastic hinge region. Cantilever I-sections with a triangular haunch at the bottom flange and flange slenderness ratios higher then those stipulated in current design specifications were analyzed under reversed cyclic loading. Beam sections with different depth/width and flange/web slenderness ratios (FSR/WSR) were considered. The effect of GFRP thickness, width, and length on stabilizing plastic local buckling was investigated. The FEA results revealed that the contribution of GFRP strips to mitigation of local buckling increases with increasing depth/width ratio and decreasing FSR and WSR. Provided that the interfacial shear strength of the steel/GFRP bond surface is at least 15 MPa, GFRP reinforcement can enable deep beams with FSR of 8-9 and WSR below 55 to maintain plastic rotations in the order of 0.02 radians without experiencing any local buckling.
This paper described the ultimate strength and deformation limit of welded T-joints in cold-formed square hollow sections. Previous studies showed that the strength of a T-joint still increases with increasing deformations at a ratio of branch width to chord width (${\beta}$) of below 0.8. Therefore, the strength at a certain deformation (chord flange indentation) limit can be regarded as the ultimate strength of a T-joint. The chord flange failure modes were investigated for the ratio of branch width to chord width (${\beta}$) and the ratio of chord width to chord web thickness (B/T). Experimental results including tests done by Kato proposed a deformation limit of 3%B for $16.7{\leq}B/T{\leq}41.6$ and $0.27{\leq}{\beta}{\leq}0.8$. The strength formula of CIDECT and other researchers were compared with the test results. Finally, the strength formula based on yield-line theory was proposed.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.17
no.3
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pp.192-199
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2000
The spot-welded automotive side member which has a hat-shaped section and a double hat shaped section has been tested on the axial static(10mm/min) and quasi-static(50mm/min) compressing load. The collapse characteristics of automotive sections have been reviews on shift on shape and in width of the spot-voiding on the flange. On the basis of the results of tests and reviews, the optimum energy absorption capacity of the structure has been studied.
Cristutiu, Ionel-Mircea;Nunes, Daniel Luis;Dogariu, Adrian Ioan
Steel and Composite Structures
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v.13
no.3
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pp.225-238
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2012
Steel structural elements with web-tapered I cross section, are usually made of welded thin plates. Due to the nonrectangular shape of the element, thin web section may be obtained at the maximum cross section height. The buckling strength is directly influenced by lateral restraining, end support and initial imperfections. If no lateral restraints, or when they are not effective enough, the global behaviour of the members is characterized by the lateral torsional mode and interaction with sectional buckling modes may occur. Actual design codes do not provide a practical design approach for this kind of elements. The paper summarizes an experimental study performed by the authors on a relevant number of elements of this type. The purpose of the work was to evaluate the actual behaviour of the web tapered beam-columns when applying different types of lateral restraints and different web thickness.
It was investigated that two plates of aluminum can be welded by hot extru-shear welding process with extru-shear welding dies, and that the welding strength and metal flow on the welding section were analyzed by computer simulation according to the welding variables such as inclined angle of cutter and overlapped length of plates and temperature of plates. It was known by computer simulation that welding strength on the welding section of plates could be influenced by the inclined angle of cutter and overlapped length of plates and temperature of plates. And it was known by experiments that two plates of aluminum can be welded on the end sections by hot extru-shear welding process using extru-shear welding dies, and that welding strength is the highest when inclined angle of dies is $70^{\circ}$, and overlapped length is 1.2 mm, and temperature is $520^{\circ}$, when aluminum 5052 two plates with 1.6 mm thickness are used as welding material.
For microstructural analysis of a friction stir welded (FSWed) joint of advanced high-strength steels, dual phase (DP) and complex phase (CP) steels, are studied. FSWed joints are successfully fabricated in the following four cases: (i) DP/DP; (ii) CP/CP; (iii) DP/CP, where the advancing side is DP and the retreating side is CP; (iv) CP/DP, where the advancing side is CP and the retreating side is DP. The stir zone (SZ) of (i) the DP/DP joint mainly consists of lath martensite, while the stir zone of (ii) the CP/CP joint consists not only of lath martensite but also of bainite. In the case of (iii) DP/CP and (iv) CP/DP, they exhibit a similar microstructure including acicular-shaped phases in the joints; however, cross-sections of the joints show differences in material mixing in each case. In (iv) the CP/DP joint, temperature towards the CP steel is sufficient to cause softening, thus leading to better mixing than that in (iii) DP/CP. The phases of the SZ in each of the four cases are formed by phase transformation during the FSWed process; however, the transformed phase volume fraction of CP steel is lower than that of DP steel, indicating that dynamic recrystallization occurs mainly in CP steel. The hardness values of the SZ are significantly higher than those of the base materials, especially, the SZ of (iii) the DP/CP joint has the highest value due to highest fraction of lath martensite.
Yiran Wu;Xianglin Yu;Yongjiu Shi;Yonglei Xu;Huiyong Ban
Steel and Composite Structures
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v.47
no.2
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pp.269-287
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2023
The WGJ420 fire-resistant weathering (FRW) steel is developed and manufactured with standard yield strength of 420 MPa at room temperature, which is expected to significantly enhance the performance of steel structures with excellent fire and corrosion resistances, strong seismic capacity, high strength and ductility, good resilience and robustness. In this paper, the mechanical properties of FRW steel plates and buckling behavior of columns are investigated through tests at elevated temperatures. The stress-strain curves, mechanical properties of FRW steel such as modulus of elasticity, proof strength, tensile strength, as well as corresponding reduction factors are obtained and discussed. The recommended constitutive model based on the Ramberg-Osgood relationship, as well as the relevant formulas for mechanical properties are proposed, which provide fundamental mechanical parameters and references. A total of 12 FRW steel welded I-section columns with different slenderness ratios and buckling load ratios are tested under standard fire to understand the global buckling behavior in-depth. The influences of boundary conditions on the buckling failure modes as well as the critical temperatures are also investigated. In addition, the temperature distributions at different sections/locations of the columns are obtained. It is found that the buckling deformation curve can be divided into four stages: initial expansion stage, stable stage, compression stage and failure stage. The fire test results concluded that the residual buckling capacities of FRW steel columns are substantially higher than the conventional steel columns at elevated temperatures. Furthermore, the numerical results show good agreement with the fire test results in terms of the critical temperature and maximum axial elongation. Finally, the critical temperatures between the numerical results and various code/standard curves (GB 51249, Eurocode 3, AS 4100, BS 5950 and AISC) are compared and verified both in the buckling resistance domain and in the temperature domain. It is demonstrated that the FRW steel columns have sufficient safety redundancy for fire resistance when they are designed according to current codes or standards.
Porthole extrusion process is a very effective metal forming process to produce aluminum profiles with hollow sections. The structure of porthole extrusion die is very complex. In this process, the billet is divided by porthole bridge, and then the divided billet is welded in the welding chamber. The welding pressure in the welding chamber is very important. The higher welding pressure improves the quality of the aluminum profiles. Therefore, the objective of this study is to develop a new porthole extrusion die for improving the welding pressure in the welding chamber by using numerical analysis. The effectiveness of the new porthole extrusion die was verified by using numerical analysis. Through numerical analysis, the welding pressures in the welding chamber between the new porthole die and the conventional porthole die were compared with each other.
Kim, Hong Joon;Park, Kuem Sung;Bae, Kyu Woong;Moon, Tae Sup
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.8
no.4
s.29
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pp.3-17
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1996
The purpose of this paper is to investigate experimentally and theoretically the strength and deformation of K-joints in welded Warren-type square hollow structural section truss. There are 2 types in K-joints in K-joints having one compression bracing member and one tension bracing member. One type is KP-series that brae members are rotated to $45^{\circ}$, another type is KS-series that are not rotated. Principal parameters are the ratio of the chord width to thickness (D/T=33.3, 25, 16.7), the ratio of brace width to chord width(d/D=0.4, 0.5, 0.67, 0.83, 1.0) and the ratio of eccenticity to chord height (e/D=0.25, 0.125, 0, -0.125, -0.25, -0.375, -0.5). The important results obtained from the experiments are as follow ; The strength of K-joints increase proportionally as the D/T ratio decreases, and the d/D ratio increases. But the e/D ratio has no correlation with the strength of K-joints. Generally the strength and ductility ratio of KP-series increase more than a current type(KS-series) in full ${\beta}$range.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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