This paper presents the solution scheme of using the continuous formulation of 1-D linear member for the dynamic analysis of structures consisting of axially loaded members. The context describes specific applications of such scheme to the verification of experimental data obtained from field test of bridges carried out by a microwave interferometer system and velocimeters. Attention is focused on analysis outlines that may be applicable to in-situ assessment for cable-stayed bridges. The derivation of the dynamic stiffness matrix of a prismatic member with distributed properties is briefly reviewed. A back calculation formula using frequencies of two arbitrary modes of vibration is next proposed to compute the tension force in cables. Derivation of the proposed formula is based on the formulation of an axially loaded flexural member. The applications of the formulation and the proposed formula are illustrated with a series of realistic examples.
For an axially loaded box-shaped member, the width-to-thickness ratio of the plate elements preferably should not be greater than 40 for Q235 steel grades in accordance with the Chinese code GB50017-2003. However, in practical engineering the plate width-to-thickness ratio is up to 120, much more than the limiting value. In this paper, a 3D nonlinear finite element model is developed that accounts for both geometrical imperfections and residual stresses and the ultimate capacity of welded built-up box columns, with larger width-to-thickness ratios of 60, 70, 80, and 100, is simulated. At the same time, the interaction buckling strength of these members is determined using the effective width method recommended in the Chinese code GB50018-2002, Eurocode 3 EN1993-1 and American standard ANSI/AISC 360-10 and the direct strength method developed in recent years. The studies show that the finite element model proposed can simulate the behavior of nonlinear buckling of axially loaded box-shaped members very well. The width-to-thickness ratio of the plate elements in welded box section columns can be enlarged up to 100 for Q235 steel grades. Good agreements are observed between the results obtained from the FEM and direct strength method. The modified direct strength method provides a better estimation of the column strength compared to the direct strength method over the full range of plate width-to-thickness ratio. The Chinese code and Eurocode 3 are overly conservative prediction of column capacity while the American standard provides a better prediction and is slightly conservative for b/t = 60. Therefore, it is suggested that the modified direct strength method should be adopted when revising the Chinese code.
This paper presents the test results of total 35 direct tensile specimens to investigate the effect of high-strength concrete on the tension stiffening effect in axially loaded reinforced concrete tensile members. Three kinds of concrete strength 25, 60, and 80 MPa were included as a major experimental parameter together with six concrete cover thickness ratios. The results showed that as higher strength concrete was employed, not only more extensive split cracking along the reinforcement was formed, but also the transverse crack space became smaller. Thereby, the effective tensile stiffness of the high-strength concrete specimens at the stabilized cracking stage was much smaller than those of normal-strength concrete specimens. This observation is contrary to the current design provisions, and the significance in reduction of tension stiffening effect by employment of high-strength concrete is much higher than that would be expected. Based on the present results, a modification factor is proposed for accounting the effect of the cover thickness and the concrete strength.
An experimental study on six axially-loaded composite short columns with different thicknesses of steel tube and that of the concrete plate was carried out. Compared to the mechanical behavior of component specimens under axially compressed, the failure modes, compression deformation, and strain process were obtained. The two main parameters that have a significant enhancement to cross-sectional strength were also analyzed. The failure of an axially loaded UHPC-CFST short column is due to the crushing of the UHPC plate, while the CFST member does reach its maximum resistance. A reduction coefficient K'c, related to the confinement coefficient, is introduced to account for the contribution of CFST members to the ultimate load-carrying capacity of the UHPC-CFST composite short columns. Based on the regression analysis of the relationship between the confinement index ξ and the value of fcc/fc, a unified formula for estimating the axial compressive strength of CFST short columns was proposed, combined with the experimental results in this research, and an equation for reliably predicting the strength of UHPC-CFST composite short columns under axial compression were also proposed.
This paper presents an experimental study on the behavior of axially-loaded steel RHS (rectangular hollow section) compression members that are partially reinforced along their lengths with welded steel plates. 28 slender column tests were carried out to investigate the effects of the slenderness ratio of the unreinforced member and the ratio of the reinforced length of the member to its entire length. In addition to the slender column tests, 14 stub-column tests were conducted to determine the basic mechanical properties of the test specimens under uniform compression. Test results show that both the compressive strength and stiffness of an RHS member can be increased significantly compared to its unreinforced counterpart even when only the central quarter of the member is reinforced. Based on the limited test data, it can be concluded that partial reinforcement is, in general, more effective in members with larger slenderness ratios. A simple design expression is also proposed to predict the compressive strength of RHS columns partially reinforced along their length with welded steel plates by modifying the provisions of AISC 360-10 to account for the partial reinforcement.
The objective of this work is to describe the main steps involved in the derivation of a GBT (Generalised Beam Theory) formulation to analyse the vibration behaviour of loaded cold-formed steel members and also to illustrate the application and capabilities of this formulation. In particular, the paper presents and discusses the results of a detailed investigation about the local and global free vibration behaviour of lipped channel simply supported columns. After reporting some relevant earlier GBT-based results dealing with the buckling and vibration behaviours of columns and load-free members, the paper addresses mostly issues concerning the variation of the column fundamental frequency and vibration mode nature/shape with its length and axial compression level. For validation purposes, some GBT-based results are also compared with values obtained by means of 4-node shell finite element analyses performed in the code ABAQUS.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1992.04a
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pp.143-147
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1992
Description of the behavior of the R.C structural members fixed on massive concrete is not normally generalization of recognized configuration for regular R.C. design guidanes. This can be due to the complexity of evaluation of internal resistancy and deflection changes of the members subjected to the various external forces. On the base of axially loaded member fixed on footing, however, the estimation of deflection changes due to flexural force shear force and rotational force is to be carried out in ways of specifying the bond characteristics of axial bars embedded in massive concrete. This work is to quantify adhesion of steel-concrete, initial concrete cracking stress near bar rib, maximum bond stress and residual stress in concrete respectively. In addition to quantification of them for particulate behavior, the suggestions of multi-linear bond stress-slip diagram made in carrying out finite element analyses for adhesion failure, examining concrete cracking status and reviewing existing experimental data lead to alternatively constructed relationship between bond stress and slip for a axial bars embedded massive concrete.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2002.04a
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pp.61-68
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2002
Tubular members have been applied in a wide range of frame structures including offshore structures. For the efficient load flow in tubular-member structures, the joints of tubular members are usually reinforced using internal ring stiffener for the steel tubular joint having a large diameter. The objective of this paper is to numerically assess the behavior of X-joints with an internal ring stiffener, and to evaluate the reinforcement effect of a ring stiffener, and to establish the strength formulae. Nonlinear finite element analysis is used to compute the static strength of axially loaded tubular joints. From the numerical results, internal ring stiffener is found to be efficient in improving static strength of tubular X-joints. Maximum strength ratios are calculated as 1.5~3.5, and the effective dimensions of ring stiffener are found. Regression analyses are performed considering practical size of ring stiffener and strength estimation formulae are proposed.
With the development of spatial structures, the joints are becoming more and more complex to connect tubular members of spatial structures. In this study, an approach is proposed to establish high-efficiency finite element model of multiplanar KTX-joint with the weld geometries accurately simulated. Ultimate bearing capacity the KTX-joint is determined by the criterion of deformation limit and failure mechanism of chord wall buckling is studied. Size effect of fillet weld on the joint ultimate bearing capacity is preliminarily investigated. Based on the validated finite element model, a parametric study is performed to investigate the effects of geometric and loading parameters of KT-plane brace members on ultimate bearing capacity of the KTX-joint. The effect mechanism is revealed and several design suggestions are proposed. Several simple reinforcement methods are adopted to constrain the chord wall buckling. It is concluded that the finite element model established by proposed approach is capable of simulating static behaviors of multiplanar KTX-joint; chord wall buckling with large indentation is the typical failure mode of multiplanar KTX-joint, which also increases chord wall displacements in the axis directions of brace members in orthogonal plane; ultimate bearing capacity of the KTX-joint increases approximately linearly with the increase of fillet weld size within the allowed range; the effect mechanism of geometric and loading parameters are revealed by the assumption of restraint region and interaction between adjacent KT-plane brace members; relatively large diameter ratio, small overlapping ratio and small included angle are suggested for the KTX-joint to achieve larger ultimate bearing capacity; the adopted simple reinforcement methods can effectively constrain the chord wall buckling with the design of KTX-joint converted into design of uniplanar KT-joint.
Concrete filled steel tube (CFST) structures have been used widely in high-rise buildings and bridges due to the efficiency of structurally favourable interaction between the steel tube and the concrete core. In the current design codes only one loading condition in the column members is considered, i.e., the load is applied on the steel tube and concrete core at the same time. However, in engineering practice the tube structures may be subjected to various loading conditions such as loading on the concrete core only, preloading on the steel tube skeleton before filling of concrete core, and so on. In this research, a series of comparative experiments were carried out to study the structural performance of concrete filled circular steel tube columns subject to four concentric loading schemes. Then, a generalized prediction method is developed to evaluate the ultimate load capacity of CFST columns subject to various loading conditions. It is shown that the predictions by the proposed method agree well with test results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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