Kim, Kookhyun;Park, Sungju;Lee, Sangjoong;Hwang, Seongjun;Kim, Sumin;Lee, Yonghee
한국해양공학회지
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제34권6호
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pp.481-488
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2020
Composite materialsuch as glass-fiber reinforced plastic and carbon-fiber reinforced plastic (CFRP) shows anisotropic property and have been widely used for structural members and outfitings of ships. The structural safety of composite structures has been generally evaluated via finite element analysis. This paper presents a technique for updating the finite element model of anisotropic beams or plates via natural frequencies. The finite element model updates involved a compensation process of anisotropic material properties, such as the elastic and shear moduli of orthotropic structural members. The technique adopted was based on a discrete genetic algorithm, which is an optimization technique. The cost function was adopted to assess the optimization problem, which consisted of the calculated and referenced low-order natural frequencies for the target structure. The optimization process was implemented with MATLAB, which includes the finite element updates and the corresponding natural frequency calculations with MSC/NASTRAN. Material properties of a virtual cantilevered orthotropic beam were estimated to verify the presented method and the results obtained were compared with the reference values. Furthermore, the technique was applied to a cantilevered CFRP beam to successfully estimate the unknown material properties.
This paper deals with the formulation and development of fracture criteria for high-strength structural members containing surface damage in the form of notches (i.e., blunt defects). The important role of the yield strength of the material and its strain hardening capacity (evaluated by means of the constitutive law or stress-strain curve) is analysed in depth by considering the fracture performance of notched samples taken from high-strength steels with different levels of cold drawing (the most heavily drawn steel being commercial prestressing steel used in prestressed concrete). The final aim of the paper is to establish fracture-based design criteria for structural members made of steels with distinct yield strength and containing very different kinds of notch-shape surface damage.
Actual buckling curves are always characterised by the erosion of ideal buckling curves. In case of compact sections this erosion is due to the imperfections, while for thin-walled members, a supplementary erosion is induced by the phenomenon of coupled instabilities. The ECBL approach- Erosion of Critical Bifurcation Load - represents a practical and convenient tool to characterise the instability behaviour of thin-walled members. The present state-of-art paper describes the theoretical background of this method and the applications to cold-formed steel sections in compression and bending. Special attention is paid to the evaluation methods of erosion coefficient and to their validation. The ECBL approach can be also used to the plastic-elastic interactive buckling of thin-walled members, and the paper provides significant results on this line.
Buckling and post-buckling of cold-formed steel members are rather difficult to predict due to material and geometrical non-linearity. However, numerical techniques have reached a level of maturity such that many are now successfully undertaking ultimate strength analysis of cold-formed steel members. In numerical non-linear analysis, both geometrical and material imperfections, have to be estimated and properly used. They must be codified in terms of shape and magnitude. The presented paper represents a state-of-art report, including relevant results obtained by the authors and collected from literature, on that problem.
In recent years, composite concrete-filled steel tubular (CFST) members have been widely utilized in framed building structures like beams, columns, and beam-columns since they have significant advantages such as reducing construction time, improving the seismic performance, and possessing high ductility, strength, and energy absorbing capacity. This paper presents a new composite joint - the composite CFST beam-column joint in which the CFST member is used as the beam. The main components of the proposed composite joint are steel H-beams, CFST beams welded with the steel H-column, and a reinforced concrete slab. The steel H-beams and CFST beams are connected with the concrete slab using shear connectors to ensure composite action between them. The structural performance of the proposed composite joint was evaluated through an experimental investigation. A three-dimensional (3D) finite element (FE) model was developed to simulate this composite joint using the ABAQUS/Explicit software, and the accuracy of the FE model was verified with the relevant experimental results. In addition, a number of parametric studies were made to examine the effects of the steel box beam thickness, concrete compressive strength, steel yield strength, and reinforcement ratio in the concrete slab on the proposed joint performance.
Ultra high performance concrete (UHPC) can be used in the UHPC-steel composite structures especially for bridge structures to achieve high stiffness and high fatigue resistance with low self-weight. The structural performances of UHPC-steel composite slabs subjected to hogging moment have a significant influence on the global stiffness and durability of UHPC-steel composite structures. In order to study the structural behaviors of non-steam-cured UHPC-steel composite slabs subjected to negative moment, five composite slabs combined the thin UHPC layers to steel plates via shear stud connecters with the diameter of 16mm were fabricated and tested under negative moment. The test program aimed to investigate the effect of stud spacing and longitudinal reinforcement ratios on the failure mode, load-deflection behaviors, cracking patterns, bond-slips, and carrying capacities of composite slabs subjected to negative moment. In addition, direct tensile tests for the dog-bone UHPC specimens with longitudinal reinforcement bars were carried out to study the effect of reinforcement bars on the tensile strength of UHPC in the thin structure members. Based on the experimental results, analytical models were also developed to predict the cracking load and ultimate load of UHPC-steel composite slabs subjected to negative moment.
This study deals with the quasi-static tests on steel reinforced concrete composite columns with single embedded steel or multiple members. For the design of bridge piers, the composite section needs to have low steel ratio for cost savings because the dimension of the pier section is usually large. There is lack of design guidelines for these composite columns with low steel ratio, but the design provisions for the normal reinforced concrete column can be used for the design because of the low steel ratio. It is necessary to provide the design provisions in terms of the strength limit state and seismic performance by the detail requirements on the longitudinal steel and the transverse steel. The test parameters in this study were determined considering the current design provisions on RC columns. Through the quasi-static tests, the seismic performance of the composite columns were discussed.
On September $11^{th}$ 2001, the twin towers of the World Trade Center in New York City were struck by two hijacked airplanes. Despite severe local damage induced by the impact, the towers were able to sustain 102 and 56 minutes of the subsequent multi-storey fires before collapsing. The purpose of this study is to contribute to the understanding of the in-fire performance of composite trusses by examining the behaviour of the longer-span type used in the towers. It makes no attempt to be a forensic study of the actual events. Using the finite element package Vulcan, the structural mechanics of typical long-span composite floor trusses are explained, under a variety of scenarios, as the fire temperatures rise. Different boundary conditions, degrees of protection and loading are all covered, the results being presented mainly in the form of graphs of deflection and internal force of members against time.
The use of shear studs usually placed in the form of mechanical shear connectors makes it possible to adopt composite steel-concrete structures in various structures, and steel-concrete plate composite (SCP) is being seriously considered for the installation of storage tanks exposed to harsh environments. However, manufacturing of SCP must be based on the application of existing design guidelines which require very close arrangement of shear studs. This means that the direct application of current design guidelines usually produces very conservative results and close arrangement of shear studs precludes pouring concrete within exterior steel faceplates. In this light, an improved guideline to determine the stud spacing should be introduced, and this paper proposes an improved ratio of the stud spacing to the thickness of steel plate on the basis of numerous parametric studies to evaluate the relative influence of the stud spacing on the stability of the SCP.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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