Due to the asymmetric cross-section of unequal-angle steel, the application of loads can induce axial rotation, leading to a series of buckling failure behaviors. Special attention must be paid during the design process. The present study aims to analyze the structural behavior of asymmetric steel angle members under various eccentric loading conditions, considering the complex biaxial bending interaction that arises when the angle steel is connected to the panel. Several key factors are investigated in this paper, including the effects of uniaxial and biaxial eccentricity on the structural behavior and the eccentric axial compression strength of long and short legs at different load application points. Potential risks associated with the specified load points, based on the AISC specifications, are also discussed. The study observed that the strength values of the members exhibited significant changes when the eccentric load deviates from the specified point. The relative position of the eccentric load point and the slenderness ratio of the member are critical influencing factors. Overall, this research intends to enhance the accuracy and reliability of strength analysis methods for asymmetric single angle steel members, providing valuable insights and guidance for a safer and more efficient design.
Mohsen A. Shayanfar;Mohammad Ghanooni-Bagha;Solmaz Afzali
Computers and Concrete
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v.34
no.4
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pp.393-408
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2024
In recent decades the strengthening of reinforced concrete (RC) structural elements using Fiber-reinforced polymer (FRP) has received much attention. The behavior of RC elements can vary from axial compression to pure bending, depending on their loading. When the compressive behavior is dominant, the FRP jacket application is common, but when the flexural behavior is prevalent, the codes consider the FRP jacket ineffective. Codes suggest applying FRP bars or strips as Near-surface Mounted (NSM) or Externally Bonded (EB) in the tensile face to strengthen the beams under flexure. To strengthen the columns in tension-control mode, some researchers have suggested NSM FRP bars in both tension and compression faces alone or with the FRP jacket (hybrid). However, the number of tests that evaluate the pure bending of the strengthened columns as one of the pivotal points of the axial force-moment interaction curve is limited. In this paper, 11 RC elements strengthened using the NSM (in both tension and compression faces) or hybrid method were subjected to bending to assess the effect of the amount and material type of the FRP bar and jacket and the dimensions of the groove. The test results revealed that the NSM method increased the flexural capacity of the members between 10% to 50%. Furthermore, using the hybrid method increased the capacity between 51% to 91%. Finally, an analytical model was presented considering the effect of the NSM FRP bond in different circumstances, and its results were in good agreement with the experimental results.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.7
no.2
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pp.29-36
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1987
In most of the structural members with initial cracks, the strength tends to decrease as the member size increases. This phenomenon is known as size effect. Among the structural materials of glass, metal or concrete, etc., concrete represents the size effect even without initial crack. According to the previous size effect law, the concrete member of very large size can resist little stress. Actually, however, even the large size member can resist some stress if there is no initial notch. This means that the fracture mechanism of very small or very large size member follows strength criterion, but the medium size member follows non-linear fracture mechanics (NLFM). In this study, the empirical models which are derived based on nonlinear fracture mechanics are proposed according to the regression analysis with the existing test data of large size specimens for uni-axial compression test, splitting tensile test and shear test of reinforced concrete beams.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.13
no.2
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pp.121-133
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1993
Presented is a study on the establishment of a method of advanced reliability analysis for the realistic analysis and design of reinforced concrete(RC) structures. Considerable variabilities exist in concrete structures due to random nature of concrete materials and member dimensions. The present study analyzes first the uncertainties in concrete, reinforcements and member dimensions and then a method is proposed to determine the probability uncertainties of basic variables. The limit state equations are also proposed for the RC members with axial compression and bending and RC footings. The advanced invariant second-moment method is applied to analyze those structures. The present study provides an important base for realistic reliability analysis of RC structures.
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.27
no.1
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pp.17-23
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1990
When a thin walled member is subjected to compression in a condition such as collision, the energy is mainly absorbed by axial crumpling. In this case, dynamic crushing strength of the member is increased due to the effects of strain-rate compared with the static strength, even though the inertia effect is neglected. In this paper, the method of predicting the static crushing for tubular members is presented using the kinematic method of plasticity. Since, a predicted crushing load, taking account of the dynamic yield stress, usually overestimates the effects of strain-rate, the average plastic flow stress for the effects of strain-rate is used to obtain the dynamic crushing load for tubular members. The analytical results are compared with the experiments published in references, and a good correlation is observed.
The interaction between steel tube and concrete core is the key design considerations for concrete-filled steel tube columns. In a concrete-filled steel tube (CFST) column, the steel tube provides confinement to the concrete core which permits the composite action among the steel tube and the concrete. Due to construction faults and plastic shrinkage of concrete, the debonding separation at the steel-concrete interface weakens the confinement effect, and hence affects the behaviour and bearing capacity of the composite member. This study investigates the axial loading behavior of the concrete filled circular steel tube columns with debonding separation. A three-dimensional nonlinear finite element model of CFST composite columns with introduced debonding gap was developed. The results from the finite element analysis captured successfully the experimental behaviours. The calibrated finite element models were then utilized to assess the influence of concrete strength, steel yield stress and the steel-concrete ratio on the debonding behaviour. The findings indicate a likely significant drop in the load carrying capacity with the increase of the size of the debonding gap. A design formula is proposed to reduce the load carrying capacity with the presence of debonding separation.
A horizontal cyclic test was carried out to study the seismic performance of lightweight aggregate concrete filled steel tube (LACFST). The constitutive and hysteretic model of core lightweight aggregate concrete (LAC) was proposed for finite element simulation. The stress and strain changes of the steel tube and concrete filled inside were measured in the experiment, and the failure mode, hysteresis curve, skeleton curve, and strain curve of the test specimens were obtained. The influence of axial compression ratio, diameter-thickness ratio and material strength were analysed based on finite element model. The results show that the hysteresis curve of LACFST indicated favourable ductility, energy dissipation, and seismic performance. The LACFST failed when the concrete in the bottom first crushed and the steel tube then bulged, thus axial force imposed by prestressing was proved to be feasible. The proposed constitutive model and hysteretic model of LAC under the constraint of its steel tube was reliable. The bearing capacity and ductility of the specimen increase significantly with increasing thickness of the steel tube. The bearing capacity of the member improves while the ductility and energy dissipation performance slightly decreased with the increasing strength of the steel and concrete.
Kim, Sung-Bo;Han, Man-Yop;Kim, Moon-Young;Kim, Nak-Kyung;Ji, Tea-Sug
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.18
no.1
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pp.79-91
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2005
The behaviors and design procedures of wale in innovative prestressed support(IPS) system are presented in this paper. Using the theory of the beam on elastic foundation, the member forces of the wale under initial pretension are evaluated. Choosing cable tensions as redundant forces, member forces subjected to earth pressure are calculated by the statically indeterminate analysis. The computer analysis model under uniform and non-uniform earth pressure is constructed using beam element for the IPS wale, tension-only element for cable, and compression-only element for soil. Axial forces and bending moments of IPS wale under initial pretension and design earth pressure are calculated. The combined stresses due to these axial force and bending moment are estimated to satisfy the design formula.
In the present paper a mechanical model to predict the compressive response of high strength short concrete columns with square cross-section confined by transverse steel is presented. The model allows one to estimate the equivalent confinement pressures exercised by transverse steel during the loading process taking into account of the interaction of the stirrups with the inner core both in the plane of the stirrups and in the space between two successive stirrups. The lateral pressure distributions at hoop levels are obtained by using a simple model of elastic beam on elastic medium simulating the interaction between stirrups and concrete core, including yielding of steel stirrups and damage of concrete core by means of the variation in the elastic modulus and in the Poisson's coefficient. Complete stress-strain curves in compression of confined concrete core are obtained considering the variation of the axial forces in the leg of the stirrup during the loading process. The model was compared with some others presented in the literature and it was validated on the basis of the existing experimental data. Finally, it was shown that the model allows one to include the main parameters governing the confinement problems of high strength concrete members such as: - the strength of plain concrete and its brittleness; - the diameter, the pitch and the yielding stress of the stirrups; - the diameter and the yielding stress of longitudinal bars; - the side of the member, etc.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2000.10a
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pp.151-158
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2000
In this paper, It is presented that concrete-filled composite piers have large energy-absorption capacity and high strength and stiffness on account of mutual confinement between the steel plate and filled-in concrete. Concrete-filled composite columns were tested to failure under axial compression and cyclic lateral loading. Displacement ductility index obtained by using the load-displacement relation has been increased with the increment of filled-in concrete length, while it has been decreased according to the incrementation of width-thickness ratio, slenderness ratio and the number of loading cycles. Structural behavior and ductility index estimated for the seismic design showed that composite piers could be used as a very efficient earthquake-resistant structural member. The response modification factor could be re-evaluated for concrete-filled composite piers.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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