Shariati, Mahdi;Naghipour, Morteza;Yousofizinsaz, Ghazaleh;Toghroli, Ali;Tabarestani, Nima Pahlavannejad
Steel and Composite Structures
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v.34
no.3
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pp.377-391
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2020
A concrete filled steel tube (CFT) column with stiffeners has preferable behavior subjected to axial loading condition due to delay local buckling of the steel wall than traditional CFT columns without stiffeners. Welding lines in welded built-up steel box columns is expected to behave as longitudinal stiffeners. This study has presented a numerical investigation into the behavior of built-up concrete filled steel tube columns under axial pressure. At first stage, a finite element model (FE) has been built to simulate the behavior of built-up CFT columns. Comparing the results of FE and test has shown that numerical model passes the desired conditions and could accurately predict the axial performance of CFT column. Also, by the raise of steel tube thickness, the load bearing capacity of columns has been increased due to higher confinement effect. Also, the raise of concrete strength with greater cross section is led to a higher load bearing capacity compared to the steel tube thickness increment. In CFT columns with greater cross section, concrete strength has a higher influence on load bearing capacity which is noticeable in columns with more welding lines.
The objective of this study is to experimentally scrutinize the axial performance of built-up concrete filled steel tube (CFT) columns composed of steel plates. In this case, the main parameters cross section types, compressive strength of filled concrete, and the effect of welding lines. Welded built-up steel box columns are fabricated by connecting two pieces of cold-formed U-shaped or four pieces of L-shaped thin steel plates with continuous penetration groove welding line located at mid-depth of stub column section. Furthermore, traditional square steel box sections with no welding lines are investigated for the comparison of axial behavior between the generic and build-up cross sections. Accordingly, 20 stub columns with thickness and height of 2 and 300 mm have been manufactured. As a result, welding lines in built-up specimens act as stiffeners because have higher strength and thickness in comparison to the plates. Subsequently, by increasing the welding lines, the load bearing capacity of stub columns has been increased in comparison to the traditional series. Furthermore, for specimens with the same confinement steel tubes and concrete core, increment of B/t ratio has reduced the ductility and axial strength.
During the manufacture of a ship, longitudinal deformation is produced by fillet welding on the BuiltUp beam used to improve the longitudinal strength of a ship. This deformation needs a correcting process separate from a manufacture process and decreases productivity and quality. This deformation is caused by welding moment, which is the value multiplied the shrinking force due to welding by the distance from the neutral axis on a cross section of BuiltUp beam. This deformation can be offset by generating a moment which is the same magnitude with and is located in an opposite direction to the welding moment on web plate by induction heating. Accordingly, this study clarifies the creation mechanism of the longitudinal deformation on BuiltUp beam with FEM analysis and presents the preventative method of this deformation by induction heating basing the mechanism and verifies its validity through analysis and experiments. The induction heating used here is performed by deciding its location and quantity with experiments and simple equations and by applying them to a real structure.
Kim, Sung-Bo;Han, Man-Yop;Kim, Moon-Young;Ji, Tea-Sug;Jung, Kyoung-Hwan
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.20
no.2
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pp.207-216
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2007
The flexural behavior of steel composite beam with built-up cross-section by bolt connection is presented in this paper. The composite effect due to bolt-connetion and friction between steel plate are considered to investigate the flexural behavior of steel composite beam. The displacement, bending stresses and shear stresses according to composite rate are calculated by F.E. analysis and these results are compared to the analytical values of non interaction beam and full interaction beam. As a result of analysis, the behavior of composite beam is more dependant on the composite rate than the friction of the steel plate. When the composite rate reaches $50{\sim}60%$, the behavior of composite beam is similar to that of fully composite beam.
Kim, Sung-Bo;Kim, Hun-Kyom;Jung, Kyoung-Hwan;Han, Man-Yop;Kim, Moon-Young
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.21
no.1
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pp.43-50
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2008
The analysis and results of flexural behavior for steel composite beam with built-up cross-section considering bolt deformation are presented in this paper. The bolt deformation and the restrict effect due to bolt-connection and friction are considered to investigate the flexural behavior of steel composite beam. Nonlinear spring element in ABAQUS is used to consider bolt deformation, also the results are compared with those in case bolt deformations are ignored. The displacement, bending stresses and shear stresses are calculated by F.E. model, and these results are compared with the analytical value of no interaction beam, partial interaction beam and full interaction beam. As a result of analysis, the behavior of composite beam is more dependant on the composite rate than the friction of the steel. When the composite rate is more than 50%, the behavior of composite beam considering the effects of bolt deformation is similar to that of fully composite beam.
Dar, M. Adil;Subramanian, N.;Atif, Mir;Dar, A.R.;Anbarasu, M.;Lim, James B.P.
Steel and Composite Structures
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v.34
no.3
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pp.333-345
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2020
In the past, many efficient profiles have been developed for cold-formed steel (CFS) members by judicious intermediate stiffening of the cross-sections, and they have shown improved structural performance over conventional CFS sections. Most of this research work was based on numerical modelling, thus lacking any experimental evidence of the efficiency of these sections. To fulfill this requirement, experimental studies were conducted in this study, on efficient intermediately stiffened CFS sections in flexure, which will result in easy and simple fabrication. Two series of built-up sections, open sections (OS) and box sections (BS), were fabricated and tested under four-point loading with same cross-sectional area. Test strengths, modes of failure, deformed shapes, load vs. mid-span displacements and geometric imperfections were measured and reported. The design strengths were quantified using North American Standards and Indian Standards for cold-formed steel structures. This study confirmed that efficient profiling of CFS sections can improve both the strength and stiffness performance by up to 90%. Closed sections showed better strength performance whereas open sections showed better stiffness performance.
A half open cross section built-up column, namely cold-formed thin-walled steel built-up column with 12-limbsection (CTSBC-12) is put forward. To deeply reveal the mechanical behaviors of CTSBC-12 under axial compression and put forward its calculation formula of axial bearing capacity, based on the previous axial compression experimental research, the finite element analysis (FEA) is conducted on 9 CTSBC-12 specimens, and then the variable parameter analysis is carried out. The results show the FEA is in good agreement with the experimental research, the ultimate bearing capacity error is within 10%. When the slenderness ratio is more than 96.54, the ultimate bearing capacity of CTSBC-12 decreases rapidly, and the failure mode changes from local buckling to global buckling. With the local buckling failure mode unchanged, the ultimate bearing capacity decreases gradually as the ratio of web height to thickness increases. Three methods are used for calculating the ultimate bearing capacity, the direct strength method of AISI S100-2007 gives result of ultimate axial load which is closest to the test and FEA results. But for simplicity and practicality, a simplified axial bearing capacity formula is proposed, which has better calculation accuracy with the slenderness ratio changing from 30 to 100.
Compression experiments were conducted to investigate the compressive behavior of built-up open-section columns consisting of four cold-formed steel channels (BOCCFSs) of different lengths, thicknesses, and cross-section sizes (OB90 and OB140). The load-displacement curves, failure modes, and maximum compression strength values were analyzed in detail. The tests showed that the failure modes of the OB90 specimens transformed from a large deformation concentration induced by local buckling to flexural buckling with the increase in the slenderness ratio. The failure modes of all OB140 specimens were deformation concentration, except for one long specimen, whose failure mode was flexural buckling. When the slenderness ratios of the specimens were less than 55, the failure modes were controlled by local buckling. Finite element models were built using ABAQUS software and validated to further analyze the mechanical behavior of the BOCCFSs. A parametric study was conducted and used to explore a wide design space. The numerical analysis results showed that when the screw spacing was between 150 mm and 450 mm, the difference in the maximum compression strength values of the specimens was less than 4%. The applicability and effectiveness of the design methods in Chinese GB50018-2002 and AISI-S100-2016 for calculating the compression strength values of the BOCCFSs were evaluated. The prediction methods based on the assumptions produced predictions of the strength that were between 33% to 10% conservative as compared to the tests and the finite element analysis.
Khate, Kevinguto;Patton, M. Longshithung;Marthong, Comingstarful
International journal of steel structures
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v.18
no.5
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pp.1723-1740
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2018
This paper presents a Finite Element (FE) study on Lean Duplex Stainless Steel stub column with built-up sections subjected to pure axial compression with column web spacing varied at different position across the column flanges. The thicknesses of the steel sections were from 2 to 7 mm to encompass a range of section slenderness. The aim is to study and compare the strength and deformation capacities as well as the failure modes of the built-up stub columns. The FE results have been compared with the un-factored design strengths predicted through EN1993-1-4 (2006) + A1 (2015) and ASCE8-02 standards, Continuous Strength Method (CSM) and Direct Strength Method (DSM). The results showed that the design rules generally under predict the bearing capacities of the specimens. It's been observed that the CSM method offers improved mean resistance and reduced scatter for both classes of cross-sections (i.e. slender and stocky sections) compared to the EN1993-1-4 (2006) + A1 (2015) and ASCE 8-02 design rules which are known to be conservative for stocky cross-sections.
During the manufacture of a ship, longitudinal deformation is produced by fillet welding on the BuiltUp beam used to improve the longitudinal strength of a ship. This deformation needs a correcting process separate from a manufacture process and decreases productivity and quality. This deformation is caused by welding moment, which is the value multiplied the shrinking force due to welding by the distance from the neutral axis on a cross section of Built-Up beam. This deformation can be offset by generating a moment which is the same magnitude with and is located in an opposite direction to the welding moment on web plate by induction heating. Accordingly, this study clarifies the creation mechanism of the longitudinal deformation on Built-Up beam with FEM analysis and presents the preventative method of this deformation by induction heating basing the mechanism and verifies its validity through analysis and experiments. The induction heating used here is performed by deciding its location and quantity with experiments and simple equations and by applying them to areal structure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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