Hawileh, Rami A.;Abed, Farid;Abu-Obeidah, Adi S.;Abdalla, Jamal A.
Steel and Composite Structures
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v.13
no.3
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pp.295-308
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2012
This paper experimentally investigated the buckling capacity of built-up steel columns mainly, Cruciform Columns (CC) and Side-to-Side (SS) columns fabricated from two Universal Beam (UB) sections. A series of nine experimental tests comprised of three UB sections, three CC sections and three SS sections with different lengths were tested to failure to measure the ultimate axial capacity of each column section. The lengths used for each category of columns were 1.8, 2.0, and 2.2 m with slenderness ratios ranging from 39-105. The measured buckling loads of the tested specimens were compared with the predicted ultimate axial capacity using Eurocode 3, AISC LRFD, and BS 5959-1. It was observed that the failure modes of the specimens included flexural buckling, local buckling and flexural-torsional buckling. The results showed that the ultimate axial capacity of the tested cruciform and side-by-side columns were higher than the code predicted design values by up to 20%, with AISC LRFD design values being the least conservative and the Eurocode 3 design values being the most conservative. This study has concluded that cruciform column and side-to-side welded flange columns using universal beam sections are efficient built-up sections that have larger ultimate axial load capacity, larger stiffness with saving in the weight of steel used compared to its equivalent universal beam counterpart.
The expediency of using tubular composite steel and concrete columns of annular cross-sections in construction is discussed. The new type space framework with tubular composite columns of multi-storey buildings and its rigid beam-column joints are demonstrated. The features of interaction between the circular steel tube and spun concrete stress-strain states during the concentrical and eccentrical loading of tubular composite members are considered. The modeling of the bearing capacity of beam-columns of composite annular cross-sections is based on the concepts of bending with a concentrical force and compression with a bending moment. The comparison of modeling results for the composite cross-sections of beam-columns is analysed. The expediency of using these concepts for the limit state verification of beam-columns in the methods of the partial safety factors design (PSFD) legitimated in Europe and the load and resistance factors design (LRFD) used in other countries is presented and illustrated by a numerical example.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2012.05a
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pp.331-332
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2012
Structural steel has been used as a primary materials to columns and beams since 1960's in Korea with an advantages of excellent of load-bearing capacity and design flexibility, and faster construction. However, if the steel columns made of structural steel exposed to fire the load-bearing capacity is going down steadily and finally reach to collapse. Therefore, building regulation requires fire resistance according to building occupation, scales. The fire resistance can be evaluated two categories. One is prescriptive method that is based on building regulation, specification and so on and the other is performance-based fire engineering method. The latter can be designed based on scientific and engineering consequences. The easiest evaluation way using the fire engineering design is comparing to the limiting temperature and maximum temperature calculated based on heat transfer theory. If the limiting temperature of a column exceeds the maximum temperature of it, the column can carry the load during the fire. Therefore, the database of limiting temperature is very essential for evaluation of column. In this paper, to build the database of column made of rectangular hollow sections 8 fire tests with loading were conducted and the relation between the limiting temperature and the applied loads showed in reverse proportion.
The dynamics and control of two complex column configurations (sidestream column with stripper; prcfractionater/sidestream column configuration), which are multivariable interacting and nonlinear, have been studied. A new control scheme developed by Hanand Park(1993) to deal with the nonlinear and multivariable nature of distillation processes has been applied to these complex distillation configurations. The control scheme incorporates a nonlinear wave model into a generic model control framework. An observer based on the nonlinear wave model is used to determine the profile positions of distillation column sections. The control scheme enables tight control of the profile position of each column section that leads to fast stabilization of product compositions.
Nonlinear feedback control scheme for reactive distillation column has been proposed. The proposed control scheme is derived in the framework of Nonlinear Internal Model Control. The product compositions and liquid and vapor flow rates in sections of the reactive distillation column are estimated from selected tray temperature measurements by an observer. The control scheme is applied to example reactive distillation column in which two products are produced in a single column and the reversible reaction A + B = C + D occurs. The relative volatilities are favorable for reactive distillation so that the reactants are intermediated boilers between the light product C and the heavy product D. Ideal physical properties, kinetics and ...
In this article, a genetic algorithm based optimum design method is presented for non-linear steel frames with semi-rigid connections. The design algorithm obtains the minimum weight frame by selecting suitable sections from a standard set of steel sections such as European wide flange beams (i.e., HE sections). A genetic algorithm is employed as optimization method which utilizes reproduction, crossover and mutation operators. Displacement and stress constraints of Turkish Building Code for Steel Structures (TS 648, 1980) are imposed on the frame. The algorithm requires a large number of non-linear analyses of frames. The analyses cover both the non-linear behaviour of beam-to-column connection and $P-{\Delta}$ effects of beam-column members. The Frye and Morris polynomial model is used for modelling of semi-rigid connections. Two design examples with various type of connections are presented to demonstrate the application of the algorithm. The semi-rigid connection modelling results in more economical solutions than rigid connection modelling, but it increases frame drift.
Detailed analysis of internal forces of exterior beam-column joints of RC frames under seismic action is reported in this paper. A formula is derived for calculating the average joint shear from the column shears, and a formula is proposed to estimate torque in eccentric joints induced by seismic action. Average joint shear stress and strain are defined consistently for exterior joints, which can be used to establish joint shear constitutive relationship. Numerical results of shear, bending moment and torque in joints induced by seismic action are presented for a pair of concentric and eccentric exterior connections extracted from a seismically designed RC frame, and two sections located at the levels of beam bottom and top reinforcement, respectively, are identified as the critical joint sections for evaluating seismic joint behavior. A simplified analysis of the effects of joint shear and torque on the flexural strengths of the critical joint sections is made for the two connections extracted from the frame, and the results indicate that joint shear and torque induced by a strong earthquake may lead to "joint-hinging" mechanism of seismically designed RC frames.
The purpose of this study is to propose the prototypes of bolted end plate moment connection between CFT column and H-beam sections. Nine different types of bolt are designed in this study. The shapes of those bolt are straight. bent, hooked or stud-type. The end plate moment connection between CFT column and H-beam sections which are jointed by those bolts are studied experimentally to compare their performances. The simple beam bending tests are carried out to investigate the structural behavior of beam-to-column connections. The experimental results show that some of the bolted end plate connection types have quite good performance in the structural behavior but still have a lot of week points to be solved for the efficiency of construction.
Box sections are symmetrical sections and they have high moment of inertia in both directions, therefore they are good members in tall building structures. For the rigid connection in structures with box column continuity plates are used on level of beam flanges in column. Assembly of the continuity plates is a difficult and unreliable work due to lack of weld or high welding and cutting in the fourth side of column in panel zone, so the use of experimental stiffeners have been considered by researchers. This paper presented an experimental investigation on connection in box columns. The proposed connection has been investigated in four cases which contain connection without internal and external stiffeners(C-0-00), connection with continuity plates(C-I-CP), connection with external vase shape stiffener (C-E-VP) and connection with surrounding plates(C-E-SP). The results show that the connections with vase plates and surrounding plates can respectively increase the ultimate strength of the connection up to 366% and 518% than the connection without stiffeners, in case connection with the continuity plates this parameter increases about 39%. In addition, the proposed C-E-VP and C-E-SP connection provide a rigid and safe connection to acquire rigidity of 95% and 98% respectively. But C-I-CP connection is classified as semi-rigid connections.
This paper describes the structural behavior and the ultimate strengths of circular hollow steel (CHS) sections based on a series of compression tests. The ultimate strengths of CHS section columns are mainly dependent on both diameter-thickness ratio and column slenderness ratio. For the CHS sections with a high diameter-thickness ratio, an elastic or an inelastic local buckling may occur prior to the overall buckling, and it may decrease the column strength. Test sections were fabricated from SM400 steel plate of 2.8 mm and 3.2 mm in thickness and were tested to failure. The diameter-thickness ratios of the test sections ranged from 45 to 170 to investigate the effect of local buckling on the column strength. The compression tests indicated that the CHS sections of lower diameter-thickness ratio than the yield limit in the current design specifications showed an inelastic local buckling and a significant post-buckling strength in the local mode. Their ultimate stresses were larger than the nominal yield stress. It was known that the allowable stresses of the sections predicted by the Korean Highway Bridge Design Specifications (2005) were too conservative in comparison with test results. The Direct Strength Method which was newly developed was calibrated for application to the CHS sections by the experimental and numerical results. The Direct Strength Method proposed can predict properly the ultimate strength of CHS section columns whether a local buckling and an overall buckling occur nearly simultaneously or not.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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