Structural design, like other complex decision problems, involves many trade-offs among competing criteria. Although mathematical programming models are becoming increasingly realistic, they often have design limitations, that is, there are often relevant issues that cannot be easily captured. From the understanding of these limitations, a decision-support system is developed that can generate some useful alternatives as well as a single optimum value in the optimization of steel frame structures. The alternatives produced using this system are "good" with respect to modeled objectives, and yet are "different," and are often better, with respect to interesting objectives not present in the model. In this study, we created a decision-support system for designing the most cost-effective moment-resisting steel frame structures for resisting lateral loads without compromising overall stability. The proposed approach considers the cost of steel products and the cost of connections within the design process. This system makes use of an optimization formulation, which was modified to generate alternatives of optimum value, which is the result of the trade-off between the number of moment connections and total cost. This trade-off was achieved by reducing the number of moment connections and rearranging them, using the combination of analysis based on the LRFD code and optimization scheme based on genetic algorithms. To evaluate the usefulness of this system, the alternatives were examined with respect to various design aspects.
Kim, Seung-Jun;Choi, Jun-Ho;Won, Deok-Hee;Han, Taek-Hee;Kang, Young-Jong
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.23
no.6
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pp.747-761
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2011
This paper presents an investigation on the change in the statical behavior and the ultimate capacity of steel cable-stayed bridges after cable failure. Cable failure can occur due to fire, direct vehicle clash accidents, cable or anchorage fatigue, and so on. Moreover, the cable may be temporarily disconnected during cable replacement work. When cable failure occurs, the load, that was supported by the broken cable is first transferred to another cable. Then the structural state changes due to the interaction between the girder, mast, and cables. Moreover, it can be predicted that the ultimate capacity will decrease after cable failure, because of the loss of the support system. In this study, the analysis method is suggested to find the new equilibrium state after cable failure based on the theory of nonlinear finite element analysis. Moreover, the ultimate analysis method is also suggested to analyze the ultimate behavior of live loads after cable failure. For a more rational analysis, a three-step analysis procedure is suggested and used, which consisted of initial shape analysis, cable failure analysis, and live load analysis. Using this analysis method, an analytical study was performed to investigate the changes in the structural state and ultimate behavior of steel cable-stayed bridges.
The multi-span suspension bridge generally has more than three towers and two main spans. To economically and effectively design a multi-span suspension bridge, the proper stiffness ratio of the center tower to the side tower must be determined. This study was conducted to propose a method of figuring out briefly the structural behavior of the towers in a multi-span suspension bridge. In the equivalent suspension bridge model, the main cable of the multi-span suspension bridge is idealized as an equivalent cable spring, and the external loads of horizontal and vertical forces that were calculated using the tensile forces of the main cable were applied on top of the towers. The equilibrium equations of the equivalent multi-span suspension bridge model were derived and the equations were solved via nonlinear analysis. To verify the proposed method, a sample four-span suspension bridge with a main span length of 3,000 m was analyzed using thefinite element method. The displacements and moment reactions of each tower in the proposed method were compared with the FEM analysis results. Consequently, the results of the analysis of the equivalent suspension bridge model tended to be consistent with the results of the FEM analysis.
The load distribution factor (LDF) values of simplified composite H beam panel bridges (SCHPBs) that were subjected to one lane and two lane loads were investigated using three dimensional finite element analyses with the computer program ABAQUS (2007). This study considered some design parameters such as the slab thickness, the steel plate thickness, the span length, and the continuity of the SCHPBs in the development of new LDFs. The distribution values that were obtained from these analyses were compared with those from the AASHTO Standard, LRFD, and the equations presented by Tarhini and Frederick, Huo et al., Back and Shin, and Cai. The AASHTO Standard distribution factors for SCHPBs were found to be very conservative. Sometimes, the distribution values from the finite element analyses for interior girders were similar to the results of the AASHTO LRFD, whereas the values for exterior girders were conservative in most cases. The new distribution values that were presented in this study produced LDFs that are more conservative than those from the finite element method. For the simple application of the design to SCHPBs, bridge engineers can use 0.42 for the interior girder and 0.32 for the exterior girder. The proposed values improve the current design procedure for the LDF problem and increase SCHPB design efficiency.
Steel box girder bridges are being commonly designed for medium-span bridges of span length. Composite truss bridges with steel diagonals instead of concrete webs can be an excellent design alternative, because it can reduce the dead weight of superstructures. One of the key issues in the design of composite truss bridges is the joint structureconnecting the diagonal steel members with the upper and lower concrete slabs. Because the connection has to carry concentrated combined loads and the design provisions for the joint are not clear, it is necessary to investigate the load transfer mechanism and the design methods for each limit state. There are various connection details according to the types of diagonal members. In this paper, the joint structure with group stud connectors welded on a gusset plate is used. Push-out tests for the group stud connectors of were performed. The test results showed that the current design codes on the ultimate strength ofthe stud connection can be used when the required minimum spacing of stud connectors is satisfied. Flexure-shear tests were conducted to verify the applicability of the design provisions for combined load effects to the strength of joint structures. To increase the pullout strength of the connection, bent studs were proposed and utilized for the edge studs in the group arrangement of the joint. The results showed that the details of the joint structure were enhanced. Thereafter, design guidelines were proposed.
Kim, Hyun-Ho;Shim, Chang-Su;Chung, Chul-Hun;Kim, Cheol-Hwan
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.11
no.3
s.55
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pp.23-31
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2007
Fast bridge construction has been increasingly needed according to the changed construction environment. This paper deals with quasi-static tests on precast piers for bridge substructures. One of the most crucial aspect of the design of precast prestressed concrete bridge piers is the seismic performance. Seven precast pier elements were fabricated. The amount of prestressing bars, the prestressing force, and the location and number of the joint between segments were the main test parameters. Test results showed that the introduced axial prestress made the restoration of the deformation under small lateral displacement and minor damage. However, there was no effect of the prestress when the plastic hinge region was damaged severely due to large lateral displacement. Judging from the observed damage, the design of the joints in precast piers should be done for the first joint between the foundation and the pier segment. The amount of the necessary prestressing steel may be designed to satisfy the P-M diagram according to the service loads, not by having the same steel ratio as normal RC bridge piers. In order to satisfy the current required displacement ductility, it is necessary to have the same amount of the transverse reinforcements as RC piers. As the steel ratio increases, the energy absorption capacity increases. The number of joints showed a little influence on the energy absorption capacity.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.15
no.6
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pp.166-174
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2011
The object of this study is to evaluate the structural shear capacity of the PC girder-PC beam joint. The dapped end of PC beam and the ledger of PC girder are usually designed to design load. If the end of PC beam can be designed with continuous end, the dapped end of PC beam and the ledger of PC girder do not need to resist to all loads except dead load and construction load. The experimental program was carried out with 7 specimens containing the variable factors as the anchored method of the hanger bar, design load, be or not exist of ledger bars. As a result, the continuity of the dapped end and the ledger were ensured their safety although the design load was only the dead load and the construction load. The shear critical section was expanded toward the effective depth d, the distance from the supported position of the beam. If the ledger is designed according to PCI Design Handbook, the structural system of the ledger is as to the cantilever slab system. But the ledger of this study is as to the 3 side fixed slab system. Therefore the design of the ledger by PCI Design Handbook will lead to highly conservative results.
The object of this paper is to perform the experiments to investigate the relationship of the resistance forces and the failure temperatures on the failure behaviors of H-shaped steel compressive members. H-shaped members(SS400) were used for the test models and the tests for the elevated temperatures were performed by ISO 834 in FILK(Fire Insurers Laboratories of Korea). The local, overall buckling stresses and a yielding stresses for the failure temperatures were compared with the compressive stresses for the loading forces of test models, the yielding strength and elastic modulus reduction factor of the steel at a high temperature were based on the criteria of the EC3(Eurocode 3) Part1.2(1993). The slenderness ratio was fixed by 45.4 and the compressive forces corresponded with 50%, 70% and 80% of the yielding forces at the normal temperatures were chosen for the loading forces of the test models. The failure temperatures of the test models were investigated under three kinds of loading conditions. It was known that the resistance forces have come close to the yielding forces, not the elastic buckling loads evaluated by EC3 at the failure temperatures obtained from the tests which are related to the failure temperatures and the loading stresses.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.37
no.1
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pp.47-54
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2013
This study investigates the crack growth behavior due to primary water stress corrosion cracking (PWSCC) in the dissimilar metal butt weld of a reactor piping using Alloy 82/182. First, detailed finite element stress analyses were performed to predict the stress distribution of the dissimilar metal butt weld in which the hydrostatic and the normal operating loads as well as the weld residual stresses were considered to evaluate the stress redistribution due to mechanical loadings. Based on the stress distributions along the wall thickness of the dissimilar metal butt weld, the crack growth behavior of the postulated axial and circumferential cracks were predicted, from which the crack growth diagram due to PWSCC was proposed. The present results can be applied to predict the crack growth rate in the dissimilar metal butt weld of reactor piping due to PWSCC.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.23
no.2
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pp.93-106
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2021
In general, segment lining tunnel refers to a tunnel formed by connecting precast concrete segments as a ring and connecting such rings to each other in the longitudinal direction of the tunnel. As the structural properties of the segment lining is highly dependent on the behavior of the segment joints, thus correct modelling of joint behavior is crucial to understand and design the segment tunnel lining. When the tunnel is subjected to ground loads, the segment joint behaves like a hinge that resists rotation, and when the induced moment exceeds a certain limit of the rotation then it may enter into non-linear field. In understanding the effect of the segment joint on the lining behavior, a moment-rotation relationship of the segment joint was explored based on the Japanese practice and Janssen's approach commonly used in the actual design. This study also presents a method to determine the rotational stiffness of joint refer to the bearing strength. The rotation of the segment joint was estimated in virtual design conditions based on the existing models and the proposed method. And the sectional force of the segment lining and joint were calculated along with the estimated rotation. As the rotation at the segment joint increases, the joint contact area decreases, so the designer have to verify the segment joint for bearing strength as well. This paper suggests a consistent method to determine the rotational stiffness and bearing strength of joints.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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