Although a lot of experimental and analytical investigations have been carried out for steel bridge piers made of SS400 and SM490, the formulas available for SS400 and SM490 are not suitable for evaluating ultimate load and deformation capacities of steel bridge piers made of high strength steel (HSS) SM570. The effect of various parameters is investigated in this paper, including plate width-to-thickness ratio, column slenderness ratio and axial compression force ratio, on the ultimate load and deformation capacities of steel bridge box piers made of SM570 steel subjected to cyclic loading. The elasto-plastic behavior of the steel bridge piers under cyclic loads is simulated through plastic large deformation finite element analysis, in which a modified two-surface model (M2SM) including cyclic hardening is employed to trace the material nonlinearity. An extensive parametric study is conducted to study the influences of structural parameters on the ultimate load and deformation capacities. Based on these analytical investigations, new formulas for predicting ultimate load and deformation capacities of steel bridge piers made of SM570 are proposed. This study extends the ultimate load and deformation capacities evaluation of steel bridge piers from SS400, SM490 steels to SM570 steel, and provides some useful suggestions.
The experimental study was carried out to evaluate the characteristics of the point load index and the uniaxial compressive strength of inherently anisotropic shale in the laboratory. In the testing program the effects of size and the shape on the point load index were investigated both in the axial and diametral direction. In general, the point load index of the shale was constant when the length/diameter (L/D) ratio of the specimen is greater than 1.0 in the diametral direction. The point load index in axial direction shows slight decrease as the L/D ratio is increased and the corner breakage was observed when L/D ratio is greater than unity. The minimum point load index was observed in the bedding angle of $\beta=15^{\circ}{\sim}30^{\circ}$ in the axial point load tests and of $\beta=30^{\circ}$ in the uniaxial compression tests. The relationship between the point load index and the uniaxial compressive strength was linear to ${\sigma}_c=25.0 I_{s(50)}$ for the specimen with the bedding plane angle, $\beta$ at the range of $0^{\circ}{\sim}90^{\circ}$. On the other hand, this relationship was appeared linear to ${\sigma}_c=14.4 I_{s(50)}$ when the bedding angle, $\beta$ is fixed to 90${^{\circ}}$ and this correlation is much different from ${\sigma}c=22 I_{s(50)}, which is generally applied to the rock specimen with no bedding plane in ISRM (1985). The anisotropic strength with different $\beta$ angle shows the shoulder type and this can be suitably modelled by the corrected Ramamurthy'(1993)s equation with the index value of 'n' equal to 3.0.
The growing use of unprotected or partially protected steelwork in buildings has caused a lively debate regarding the safety of this form of construction. A good deal of recent research has indicated that steel members have a substantial inherent ability to resist fire so that additional fire protection can be either reduced or eliminated completely. A performance based philosophy also extends the study into the effect of structural continuity and the performance of the whole structural totality. As part of the structural system, thermal expansion during the heating phase or contraction during the cooling phase in most beams is likely to be restrained by adjacent parts of the whole system or sub-frame assembly due to compartmentation. This has not been properly addressed before. This paper describes an experimental programme in which unprotected steel beams were tested under load while it is restrained between two columns and additional horizontal restraints with particular concern on the effect of catenary action in the beams when subjected to large deflection at very high temperature. This paper also presents a three-dimensional mathematical modelling, based on the finite element method, of the series of fire tests on the part-frame. The complete analysis starts with an evaluation of temperature distribution in the structure at various time levels. It is followed by a detail 3-D finite element analysis on its structural response as a result of the changing temperature distribution. The principal part of the analysis makes use of an existing finite element package FEAST. The effect of columns being fire-protected and the beam being axially restrained has been modelled adequately in terms of their thermal and structural responses. The consequence of the beam being restrained is that the axial force in the restrained beam starts as a compression, which increases gradually up to a point when the material has deteriorated to such a level that the beam deflects excessively. The axial compression force drops rapidly and changes into a tension force leading to a catenary action, which slows down the beam deflection from running away. Design engineers will be benefited with the consideration of the catenary action.
This paper presents the results of axial compression testing and numerical modeling on reinforced concrete columns (RCC) with normal concrete (NC) and high-strength concrete (HSC), RCC confined by glass-fiber reinforced plastic pipes (GRP) casing as well as carbon fiber reinforced polymer (CFRP), The major parameters evaluated in the experiments were the effects of concrete type, GRP casing and CFRP wrapping, as well as the number of CFRP layers. 12 cylindrical RCC ($150{\times}600mm$) were prepared and divided into two groups, NC and HSC. Each group was divided into two parts; with and without GRP casing. In each part, one column was without CFRP strengthening layer, a column was wrapped with one CFRP layer and another column with two CFRP layers. All columns were tested under concentrated compression load. Numerical modeling was performed using ABAQUS software and the results of which were compared with experimental findings. A good agreement was found between the results. Results indicated that the utilization of CFRP wrapping and GRP casing improved compression capacity and ductility of RCC. The addition of one and two layer-FRP wrapping increased capacity in the NC group to an average of 18.5% and 26.5% and in the HSC group to an average of 10.2% and 24.8%. Meanwhile, the utilization of GRP casing increased the capacity of the columns by 3 times in the NC group and 2.38 times in the HSC group. The results indicated that although both CFRP wrapping and GRP casing increased confinement, the GRP casing gave more increase capacity and ductility of the RCC due to higher confinement. Furthermore, the confinement effect was higher on NC group.
In relation to concentrically loaded compression, this research is to describe, analyze, and evaluate the design strength in steel stud. The similarity and difference among load and resistance factor design specification for cold-formed steel structural members (AISI), cold-formed thin gauge members and sheeting (EC3 part 1.3), and German draft (DASt-Richtlinie 016) are introduced, discussed, and systematically evaluated. Especially, the effective width and global instability problems (flexural buckling and torsional flexural buckling) are here implied in this research. The design axial strength by dual standards (AISI and EC3) is calculated and compared using the example.
Pandikkadavath, Muhamed Safeer;Sahoo, Dipti Ranjan
Steel and Composite Structures
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v.23
no.3
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pp.285-302
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2017
Buckling-restrained braced frames (BRBFs) are commonly used as the lateral force-resisting systems in building structures in the seismic regions. The nearly-symmetric hysteretic response and the delayed brace core fracture of buckling-restrained braces (BRBs) under the axial cyclic loading provide the adequate lateral force and deformation capacity to BRBFs under the earthquake excitation. However, the smaller axial stiffness of BRBs result in the undesirable higher residual drift response of BRBFs in the post-earthquake scenario. Two alternative approaches are investigated in this study to improve the elastic axial stiffness of BRBs, namely, (i) by shortening the yielding cores of BRBs; and (ii) by reducing the BRB assemblies and adding the elastic brace segments in series. In order to obtain the limiting yielding core lengths of BRBs, a modified approach based on Coffin-Manson relationship and the higher mode compression buckling criteria has been proposed in this study. Both non-linear static and dynamic analyses are carried out to analytically evaluate the seismic response of BRBFs fitted with short-core BRBs of two medium-rise building frames. Analysis results showed that the proposed brace systems are effective in reducing the inter-story and residual drift response of braced frames without any significant change in the story shear and the displacement ductility demands.
This paper presents the results of a comprehensive experimental investigation on the compressive behaviour of steel tube-confined concrete (STCC) stub columns with active and passive confinement. To create active confinement in STCC columns, an innovative technique is used in which steel tube is laterally pre-tensioned while the concrete core is simultaneously pre-compressed by applying pressure on fresh concrete. A total of 135 STCC specimens with active and passive confinement are tested under axial compression load and their compressive strength, ultimate strain capacity, axial and lateral stress-strain curves and failure mode are evaluated. The test variables include concrete compressive strength, outer diameter to wall thickness ratio of steel tube and prestressing level. It is shown that applying active confinement on STCC specimens can considerably improve their mechanical properties. However, applying higher prestressing levels and keeping the applied pressure for a long time do not considerably affect the mechanical properties of actively confined specimens. Based on the results of this study, new empirical equations are proposed to estimate the axial strength and ultimate strain capacity of STCC stub columns with active and passive confinement.
Park, Sung-Hwan;Park, Yong-Ho;Lee, Ji-Min;Kim, Jong-Shik
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.25
no.12
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pp.75-81
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2008
A robust controller is proposed for regulating effectively the pressure of control cylinder of swash plate type variable displacement axial piston pump. In order to design a precise and robust pressure control system, a mathematical model for swash plate control system is identified by the signal compression method. Based on the identified mathematical model, an $H_{\infty}$ robust swash plate controller is designed which is robust to the variation of the load pressure. The precise and robust swash plate control characteristics are verified by experiments.
With the recent concentration of urban populations, the constructions of large structures are increasing, along with the development of foundations for large structures. PHC Piles have been used in many structures ever since Japanese introduced the technology at the end of the 20th century. Recently, many studies on the use of the PHC Pile have been carried out as earth retaining using the merits of PHC piles. In this study, static axial compression tests were conducted on the PHC-W piles constructed as column-type in building underground additional wall using the PHC-W earth retaining wall. The end bearing capacity of pile was calculated using the axial load transfer measurement that was obtained from the static axial compression test result. Since end bearing capacity of the PHC-W pile embedded in weathered rock showed a different behaviour from the conventional PHC pile, the calculation method of end bearing capacity for column-type PHC-W piles would be proposed. The unit ultimate end bearing equation proposed for single and group PHC-W pile embedded in weathered rock is $q_b=13.3N_b$ and $q_b=6.8N_b$.
This paper deals with the strength and deformation of both short and slender concrete filled steel tubular columns under the combined actions of axial compression and bending moment. Sixteen specimens were tested to investigate the effect of fiber reinforced concrete on the ultimate strength and behavior of the composite column. The primary test parameters were load eccentricity and column slenderness. Companion tests were also undertaken on eight numbers of similar empty steel tubes to highlight the synergistic effects of composite column. The test results demonstrate the influence of fiber reinforced concrete on the strength and behavior of concrete filled steel tubular columns.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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