Borzoo, Shahin;Ghaderi, Seyed Rasoul Mir;Mohebi, Saeed;Rahimzadeh, Ali
Steel and Composite Structures
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제22권1호
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pp.79-89
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2016
Cold formed steel shear panel is one of the main components to bearing lateral load in low and mid-rise cold formed steel structures. This paper uses finite element analysis to evaluate the stiffness, strength and failure mode at cold formed steel shear panels whit steel sheathing and nonlinear connections that are under monotonic loading. Two finite element models based on two experimental model whit different failure modes is constructed and verified. It includes analytical studies that investigate the effects of studs and steel sheathing thickness changes, fasteners spacing at panel edges, one or two sides steel sheathing and height-width ratio of wall on the lateral load capacity. Dominant failure modes include buckling of steel sheet, local buckling in boundary studs and sheet unzipping in the bottom half of the wall.
In recent years steel-concrete composite shear walls have been widely used in enormous high-rise buildings. Due to high strength and ductility, enhanced stiffness, stable cycle characteristics and large energy absorption, such walls can be adopted in the auxiliary building; surrounding the reactor containment structure of nuclear power plants to resist lateral forces induced by heavy winds and severe earthquakes. This paper demonstrates a set of nonlinear numerical studies on I-shaped composite steel-concrete shear walls of the nuclear power plants subjected to reverse cyclic loading. A three-dimensional finite element model is developed using ABAQUS by emphasizing on constitutive material modeling and element type to represent the real physical behavior of complex shear wall structures. The analysis escalates with parametric variation in steel thickness sandwiching the stipulated amount of concrete panels. Modeling details of structural components, contact conditions between steel and concrete, associated boundary conditions and constitutive relationships for the cyclic loading are explained. Later, the load versus displacement curves, peak load and ultimate strength values, hysteretic characteristics and deflection profiles are verified with experimental data. The convergence of the numerical outcomes has been discussed to conclude the remarks.
A open section thick composite beam model is suggested in this study. In the model, the primary and secondary warping and transverse shear effects are incorporated. The rigidities associated with thick channel composite beam and thin channel composite beam are obtained and compared. The results show that the difference among rigidities of the thick and thin composite beams increase as the wall thickness increases.
본 연구의 대상은 석고보드와 냉간성형강 스터드로 구성된 벽체용 합성패널이다. 양면의 석고보드 사이에 위치한 스터드는 나사로 연결되어 있고, 이와 같은 연결부의 부분합성거동을 정량화하여 나사접합부의 단위미끄럼을 유발하는 단위길이 당 전단하중($S_{slip}$)을 산정하는 것이 목적이었다. 실험방법은 1962 AISI규준을 기초로 하여 실시하였다. 본 연구에서 산정한 $S_{slip}$값을 이용한 이론적 추정치와 기 발표된 공칭축강도의 실험값과의 비교에서 만족할 만한 결과를 도출하였다. 그러므로 본 연구의 결과는 연구범위와 유사한 냉간성형강 부재의 해석과 설계에 있어 구조 기술자에게 가치가 있는 정보를 제공할 것이다.
Double steel plate concrete composite shear wall (SCSW) has been widely utilized in nuclear power plants and high-rise structures, and its shear connectors have a substantial impact on the seismic performance of SCSW. Therefore, in this study, the mechanical properties of SCSW with angle stiffening ribs as shear connections were parametrically examined for the reactor containment structure of nuclear power plants. The axial compression ratio of the SCSW, the spacing of the angle stiffening rib arrangement and the thickness of the angle stiffening rib steel plate were selected as the study parameters. Four finite element models were constructed by using the finite element program named ABAQUS to verify the experimental results of our team, and 13 finite element models were established to investigate the selected three parameters. Thus, the shear capacity, deformation capacity, ductility and energy dissipation capacity of SCSW were determined. The research results show that: compared with studs, using stiffened ribs as shear connectors can significantly enhance the mechanical properties of SCSW; When the axial compression ratio is 0.3-0.4, the seismic performance of SCSW can be maximized; with the lowering of stiffener gap, the shear bearing capacity is greatly enhanced, and when the gap is lowered to a specific distance, the shear bearing capacity has no major affect; in addition, increasing the thickness of stiffeners can significantly increase the shear capacity, ductility and energy dissipation capacity of SCSW. With the rise in the thickness of angle stiffening ribs, the improvement rate of each mechanical property index slows down. Finally, the shear bearing capacity calculation formula of SCSW with angle stiffening ribs as shear connectors is derived. The average error between the theoretical calculation formula and the finite element calculation results is 8% demonstrating that the theoretical formula is reliable. This study can provide reference for the design of SCSW.
A new type of composite insulated concrete sandwich wall (ICS-wall), which is composed of a triangle truss steel wire network, an insulating layer, and internal and external concrete layers, is proposed. To study the mechanical properties of this new ICS-wall, tensile, compression, and shearing tests were performed on 22 specimens and tensile strength and corrosion resistance tests on 6 triangle truss joints. The variables in these tests mainly include the insulating plate material, the thickness of the insulating plate, the vertical distance of the triangle truss framework, the triangle truss layout, and the connecting mode between the triangle truss and wall and the material of the triangle truss. Moreover, the failure mode, mechanical properties, and bearing capacity of the wall under tensile, shearing, and compression conditions were analyzed. Research results demonstrate that the concrete and insulating layer of the ICS-wall are pulling out, which is the main failure mode under tensile conditions. The ICS-wall, which uses a graphite polystyrene plate as the insulating layer, shows better tensile properties than the wall with an ordinary polystyrene plate. The tensile strength and bearing capacity of the wall can be improved effectively by strengthening the triangle truss connection and shortening the vertical distances of the triangle truss. The compression capacity of the wall is mainly determined by the compression capacity of concrete, and the bonding strength between the wall and the insulating plate is the main influencing factor of the shearing capacity of the wall. According to the tensile strength and corrosion resistance tests of Austenitic stainless steel, the bearing capacity of the triangle truss does not decrease after corrosion, indicating good corrosion resistance.
Steel shear wall system has been used in recent years in tall buildings due to its appropriate behavior advantages such as stiffness, high strength, economic feasibility and high energy absorption capability. Coupled steel plate shear walls consist of two steel shear walls that are connected to each other by steel link beam at each floor level. In this article the frames of 3, 10, and 15 of (C-SPSW) floor with rigid connection were considered in three different lengths of 1.25, 2.5 and 3.75 meters and link beams with plastic section modulus of 100% to the panel beam at each floor level and analyzed using three pairs of accelerograms based on nonlinear dynamic analysis through ABAQUS software and then the performance of walls and link beams at base shear, drift, the period of structure, degree of coupling (DC) and dissipated energy evaluated. The results show that the (C-SPSW) system base shear increases with a decrease in the link beam length, and the drift, main period and dissipated energy of structure decreases. Also the link beam length has different effects on parameters of coupling degrees.
There are few technical documents regulated structural performance and engineering criteria in domestic market for Structural insulated panels in Korea. This paper was focused to identify fundamental performance under monotonic loading and cyclic loading for SIPs in shear wall application. Load-displacement responses of total twelve test specimens were recorded based on shear stiffness, strength, ultimate load and displacement. Finally energy dissipation of each specimen was analyzed respectively. Monotonic test results showed that ultimate load was 44.3 kN, allowable shear load was 6.1 kN/m, shear stiffness was 1.2 MN/m, and ductility ratio was 3.6. Cyclic test was conducted by two kinds of specimens: single panel and double panels. Cyclic loading results, which were equivalent to monotonic loading results, showed that ultimate load was 45.4 kN, allowable shear load was 6.3 kN/m. Furthermore the accumulated energy dissipation capability for double panels was as 2.3 times as that for single panel. Based on results of structural performance test, it was recommended that the allowable shear load for panels should be 6.1 kN/m at least.
In this study, flexural strength properties of SC shear walls were investigated through static pushover test. Failure modes and stiffness characteristics of SC shear walls under lateral loads were inspected by analyzing the experimental results. Main failures of unstiffened SC shear walls were found to be the type of bending shear failure due to the unbonding of the steel plate at the concrete interface. The ductility capacity of SC structures was also confirmed to be improved, which is considered to be a confining effect on steel plates in the longitudinal behavior of SC shear walls.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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