Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.27
no.6
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pp.283-291
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2023
Unlike other facilities, maintaining processes is essential in industrial facilities. Pipe racks, which support pipes of various diameters, are important structures used in industrial facilities. Since the transport process of pipes directly affects the operation of industrial facilities, a fragility curve should be derived based on considering not only the pipe racks' structural safety but also the pipes' transport process. There are several studies where the fragility curves have been determined based on the structural behavior of pipe racks. However, few studies consider the damage criteria of pipes to ensure the transportation process, such as local buckling and tensile failure with surface defects. In this study, an analysis model of a typical straight pipe rack used in domestic industrial facilities is constructed, and incremental dynamic analysis using nonlinear response history analysis is performed to estimate the parameters of the fragility curve by the maximum likelihood estimation. In addition, the pipe rack's structural behavior and the pipe's damage criteria are considered the limit state for the fragility curve. The limit states considered in this paper to evaluate fragility curves are more reasonable to ensure the transportation process of the pipe systems.
When a welded circular hollow section (CHS) tubular joint is subjected to brace axial loading, failure position is located usually at the weld toe on the chord surface due to the weak flexural stiffness of the thin-walled chord. The failure mode is local yielding or buckling in most cases for a tubular joint subjected to axial load at the brace end. Especially when a cyclic axial load is applied, fracture failure at the weld toe may occur because both high stress concentration and welding residual stress along the brace/chord intersection cause the material in this region to become brittle. To improve the ductility as well as to increase the static strength, a tubular joint can be reinforced by increasing the chord thickness locally near the brace/chord intersection. Both experimental investigation and finite element analysis have been carried out to study the hysteretic behaviour of the reinforced tubular joint. In the experimental study, the hysteretic performance of two full-scale circular tubular T-joints subjected to cyclic load in the axial direction of the brace was investigated. The two specimens include a reinforced specimen by increasing the wall thickness of the chord locally at the brace/chord intersection and a corresponding un-reinforced specimen. The hysteretic loops are obtained from the measured load-displacement curves. Based on the hysteretic curves, it is found that the reinforced specimen is more ductile than the un-reinforced one because no fracture failure is observed after experiencing similar loading cycles. The area enclosed by the hysteretic curves of the reinforced specimen is much bigger, which shows that more energy can be dissipated by the reinforced specimen to indicate the advantage of the reinforcing method in resisting seismic action. Additionally, finite element analysis is carried out to study the effect of the thickness and the length of the reinforced chord segment on the hysteretic behaviour of CHS tubular T-joints. The optimized reinforcing method is recommended for design purposes.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.30
no.2
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pp.141-154
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1993
In this paper, a method to calculate the ultimate compressive strength of welded one-sided stiffened plates simply supported along all edges is proposed. At first initial imperfections such as distortions and residual stresses due to welding are predicted by using simplified methods. Then, the collapse modes of the stiffened plate are assumed and collapse loads for each mode are calculated. Among these loads, the lowest value is selected as the ultimate strength of the plate. Collapse modes are assumed as follows ; (1) Overall buckling of the stiffened plate$\rightarrow$Overall collapse due to stiffener bending (2) Local buckling of the plate part$\rightarrow$Local collapse of the plate part$\rightarrow$Overall collapse due to stiffener yielding (3) Local buckling of the plate part$\rightarrow$Overall collapse due to stiffener berthing (4) Local buckling of the plate part$\rightarrow$Local collapse of the plate part$\rightarrow$Overall collapse due to stiffener tripping. The elastic large deflection analysis based on the Rayleigh-Ritz method is carried out, and plastic analysis assuming hinge lines is also carried out. Collapse load is defined as the cross point of the two analysis curves. This method enables the utimate strength to be calculated with small computing time and a good accuracy. Using the present method, characteristics of the stiffener including torsional rigidity, bending and tripping can also be clarified.
Prakash, Amar;Anandavalli, N.;Madheswaran, C.K.;Lakshmanan, N.
Steel and Composite Structures
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v.13
no.3
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pp.239-258
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2012
In this paper, experimental investigations on high strength steel (HSS) stud connected steel-concrete composite (SCC) girders to understand the effect of shear connector density on their flexural behaviour is presented. SCC girder specimens were designed for three different shear capacities (100%, 85%, and 70%), by varying the number of stud connectors in the shear span. Three SCC girder specimens were tested under monotonic/quasi-static loading, while three similar girder specimens were subjected to non-reversal cyclic loading under simply supported end conditions. Details of casting the specimens, experimental set-up, and method of testing, instrumentation for the measurement of deflection, interface-slip and strain are discussed. It is found that SCC girder specimen designed for full shear capacity exhibits interface slip for loads beyond 25% of the ultimate load capacity. Specimens with lesser degree of shear connection show lower values of load at initiation of slip. Very good ductility is exhibited by all the HSS stud connected SCC girder specimens. It is observed that the ultimate moment of resistance as well as ductility gets reduced for HSS stud connected SCC girder with reduction in stud shear connector density. Efficiency factor indicating the effectiveness of high strength stud connectors in resisting interface forces is estimated to be 0.8 from the analysis. Failure mode is primarily flexure with fracturing of stud connectors and characterised by flexural cracking and crushing of concrete at top in the pure bending region. Local buckling in the top flange of steel beam was also observed at the loads near to failure, which is influenced by spacing of studs and top flange thickness of rolled steel section. One of the recommendations is that the ultimate load capacity can be limited to 1.5 times the plastic moment capacity of the section such that the post peak load reduction is kept within limits. Load-deflection behaviour for monotonic tests compared well with the envelope of load-deflection curves for cyclic tests. It is concluded from the experimental investigations that use of HSS studs will reduce their numbers for given loading, which is advantageous in case of long spans. Buckling of top flange of rolled section is observed at failure stage. Provision of lips in the top flange is suggested to avoid this buckling. This is possible in case of longer spans, where normally built-up sections are used.
Procedures given in Eurocode 3 Part 1.1 (EN 1993-1-1) for design of the main types of structural member under given systems of loading are presented and described. Whereas some of these e.g. the procedure for axially loaded columns, are little changed from the early concept that appeared more than 25 years ago in the European Recommendations and have subsequently been adopted in many other steel codes of the world, others such as the interaction formulae for beam-columns are new, with aspects of the provisions still under development. For each type of member the basis of the procedure is described and some comparative comments made.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2005.04a
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pp.76-79
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2005
Bending deformation and energy absorption characteristics of aluminum-composite hybrid tube beams have been analyzed for improvement in the bending performance of aluminum space frame by using experimental tests combined with theoretical and finite element analyses. Hybrid tube beams composed of glass fabric/epoxy layer wrapped around on aluminum tube were made in autoclave with the recommended curing cycle. Basic properties of aluminum material used for initial input data of the finite element simulation and theoretical analysis were obtained from the true stress-true strain curve of specimen which had bean extracted from the Al tube beam. A modified theoretical model was developed to predict the resistance to the collapse of hybrid tube beams subjected to a bending load. Theoretical moment-rotation angle curves of hybrid tube beams were in good agreement with experimental ones, which was comparable to the results obtained from finite element simulation. Hybrid tube beams strengthened by composite layer on the whole web and flange showed an excellent bending strength and energy absorption capability.
Determination of loading conditions for tube hydroforming(THF) process that implies an amount of the increment in axial feeding and internal pressure for each step is one of the most important constituents at the process design level. On account of the fact that those design factors mentioned above are imposed simultaneously during the process, suitable loading conditions are required to obtain robust products without any failure such as buckling, necking, bursting and so on. In which, especially, bursting is well known as the most frequently occurred failure in general THF process. In this study, therefore, determination of the loading condition based on the adaptive method was carried out to obtain safe loading paths. In addition, forming limit curves are applied to evaluate the derived loading conditions by using the simulation results. Consequently, it is found that described method in this study for THF process design is useful and has a feasibility.
This paper presents a numerical study of axially loaded concrete-filled steel tubular columns with "T" shaped cross section (CFTTS) based on the ABAQUS standard solver. Two types of columns with "T" shaped cross section, the common concrete-filled steel tubular columns with "T" shaped cross section (CCFTTS) and the double concrete-filled steel tubular columns with "T" shaped cross section (DCFTTS), are discussed. The failure modes, confining effects and load-displacement curves are analyzed. The numerical results indicate that both have the similar failure mode that the steel tubes are only outward buckling on all columns' faces. It is found that DCFTTS columns have higher axial capacities than CCFTTS ones duo to the steel tube of DCFTTS columns can plays more significant confining effect on concrete. A parametric study, including influence of tube thickness, concrete strength and friction coefficient of tube-concrete interface on the axial capacities is also carried out. Simplified formulae were also proposed based on this study.
Xiao, Qiu-Xiang;Zou, Jiaqi;Lee, Kang Yong;Li, Xian-Fang
Structural Engineering and Mechanics
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v.64
no.6
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pp.723-730
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2017
This paper studies on dynamic and stability behavior of a clamped-elastically restrained nanobeam under the action of a nonconservative force with an emphasis on the influence of surface properties on divergence and flutter instability. Using the Euler-Bernoulli beam theory incorporating surface effects, a governing equation for a clamped-elastically restrained nanobeam is derived according to Hamilton's principle. The characteristic equation is obtained explicitly and the force-frequency interaction curves are displayed to show the influence of the surface effects, spring stiffness of the elastic restraint end on critical loads including divergence and flutter loads. Divergence and flutter instability transition is analyzed. Euler buckling and stability of Beck's column are some special cases of the present at macroscale.
Steel-concrete-steel (SCS) sandwich composite wall has been proposed for building and offshore constructions. An ultra-lightweight cement composite with density1380 kg/m3 and compressive strength up to 60 MPa is used as core material and inter-locking J-hook connectors are welded on the steel face plates to achieve the composite action. This paper presents the numerical models using nonlinear finite element analysis to investigate the load displacement behavior of SCS sandwich walls subjected to axial compression. The results obtained from finite element analysis are verified against the test results to establish its accuracy in predicting load-displacement curves, maximum resistance and failure modes of the sandwich walls. The studies show that the inter-locking J-hook connectors are subjected to tension force due to the lateral expansion of cement composite core under compression. This signifies the important role of the interlocking effect of J-hook connectors in preventing tensile separation of the steel face plates so that the local buckling of steel face plates is prevented.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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