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.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.12
no.1
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pp.325-342
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2020
The current study is focused on the evaluation of the ultimate strength of stiffened panels found in ship hull structures that are subjected to combined uniaxial thrust, in-plane and out-of-plane bending moments. This loading condition, which is in general ignored when performing buckling checks, applies to representative control geometries (stiffener with attached plating) as a consequence of the linearly varying normal stresses along the ship's depth induced by the hull-girder vertical bending moment. The problem is generalized by introducing a non-uniform thrust described by a displacement ratio and rotation angle and by introducing the slenderness ratios, within the practical range of interest. The formed design space is explored through methods sourcing from Design of Experiments and by applying non-linear finite element procedures. Surrogate empirical models have been constructed through regression analysis and Response Surface Methods. An additional empirical model is provided to the literature for predicting the ultimate strength under uniaxial thrust. The numerical experimentation has shown that is a significant influence on the ultimate strength of stiffened panels as the thrust non-uniformity increases.
This paper describes the moment capacity of flexural members with local buckling based on a series of FE and experiment results. Thin-walled flexural members undergo local, lateral-torsional, or interactive buckling according to the section geometries and lateral boundary conditions. Flexural members with large width-to-thickness ratios in the flanges or the web may undergo local buckling before lateral-torsional buckling. Local buckling has a negative effect on the flexural strength based on the lateral-torsional buckling of flexural members. This phenomenon should be considered in the estimation of the flexural strength of thin-walled sections. Flexural members with various width-to-thickness ratios in their flanges and web were analyzed. Initial imperfections in the local buckling mode, and residual stresses, were included in the FE analyses. Simple bending moment formulae for flexural members were proposed based on the FE and test results to account for local and lateral-torsional buckling. The proposed bending moment formulae for the thin-walled flexural members in the Direct Strength Method use the empirical strength formula and the grosssection modulus. The ultimate flexural strengths predicted by the proposed moment formulae were compared with the AISC (2005), Eurocode3 (2003), and Korean Highway Bridge Design Specifications (2010). The comparison showed that the proposed bending moment formulae can reasonably predict the ultimate moment capacity of thin-walled flexural members.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.8
no.2
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pp.99-116
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2014
The American Concrete Institute (ACI) 318-11 permits the use of the moment magnifier method for computing the design ultimate strength of slender reinforced concrete columns that are part of braced frames. This computed strength is influenced by the column effective length factor K, the equivalent uniform bending moment diagram factor $C_m$ and the effective flexural stiffness EI among other factors. For this study, 2,960 simple braced frames subjected to short-term loads were simulated to investigate the effect of using different methods of calculating the effective length factor K when computing the strength of columns in these frames. The theoretically computed column ultimate strengths were compared to the ultimate strengths of the same columns computed from the ACI moment magnifier method using different combinations of equations for K and EI. This study shows that for computing the column ultimate strength, the current practice of using the Jackson-Moreland Alignment Chart is the most accurate method for determining the effective length factor. The study also shows that for computing the column ultimate strength, the accuracy of the moment magnifier method can be further improved by replacing the current ACI equation for EI with a nonlinear equation for EI that includes variables affecting the column stiffness and proposed in an earlier investigation.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.20
no.4
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pp.597-605
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2019
IPM bridge is an integral bridge that can be applied from span 30.0m up to 120.0m, the shape conditions of IPM bridge is also applicable to the rahmen bridge. In this study, to perform the structural analysis of Rahmen bridge and IPM Bridge, the researchers compared the distribution types such as load, moment, and displacement of those bridges. Structural analysis was carried out on four span models ranging from single span bridges to four spans of 120.0 m, based on span length of 30.0 m. Structural analysis was carried out on those bridge with span 30.0m up to 120.0m. The conclusions drawn from this study are as follows. 1) The bending moments were calculated to be large for the Rahmen bridge, and the horizontal displacements were estimated to be large for the IPM bridge. 2) Since the bending moments are derived by the span length rather than the extension of the bridge, the permissible bending moment for the span length should be considered in the design. 3) The pile bent of the IPM bridge did not exceed the plastic moment of the steel pipe pile at 120.0m span, but because the horizontal displacement in the shrinkage direction is close to 25mm, the design considerations are needed. 4) In the actual design, it is important to ensure stability against member forces, so review of the negative moment is most important.
As the springback of sheet metal during unloading may cause deviation from a desired shape, accurate prediction of springback is essential for the design of sheet stamping operations. When considering the case of a sheet metal being bent to radius $\rho$ that is such that the maximum stress induced exceed the elastic limit of the material, plastic strain in the outer surface will occur and the material will take a permanent set: but since, on removing the bending moment, the recovery of the material is not uniform across the thickness, springback will occur and the radius $\rho$ will not be maintained. Furthermore, when a tensile load being applied to each end of specimen, the tensile stress due to bending is increased and the compressive stress is decreased or cancelled and eventually the whole specimen may be in varying degree of tension. On the removal of the applied load the specimen loses its elastic strain by contracting around the contour of the block, the radius $\rho$ will be determined by the residual differential strain. Therefore in this study the springback is analytically estimated by the residual differential strains between upper and lower surfaces of greatest radius after elastic recovery, and a springback model based on the bending moment is also analytically derived for comparison purpose.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.34
no.1
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pp.78-86
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1992
This paper aims at investigating the effect of steel ratio and the magnitude of edge-ratio on the mechanical characteristics of reinforced concrete ring sector plate. The influence of steel bars was taken into account by coupling stiffness matrix of the steel bar element with that of the concrete plate element without dealing with separate element of steel bar and by establishing the composite stiffness matrix, which leads to the desirable result which does not increase th number of element could be obtained. Through case studies with 6 cases various steel ratios in ring sector plate supported at four edges and 4 cases with different open angles, the influence of the steel ratio was examined. A numerical analysis to find out the effect of the steel ratio d ue to above mentioned cases was carried out by 4 boundary conditions ; all edges clamped (B.C-1), all edges simply supported (B.C-2), curvilinear two edges clamped and other edges free (B.C-3) and curvilinear two edges simply supported and other edges free(B.C-4). The main results obtained are summarized as follows : 1. The effect of steel ratio on the magnitude of lateral deflection and x-directional bending moment at the center of sector plate and the midpoint of outer and inner curvilinear edges is almost the same up to $30^{\circ}$ of open angle. Beyond $30^{\circ}$ of the angle, the larger the angle, the greater the effect of ratio. 2. In design works using balanced steel ratio, the effect of steel bar can be ignored. But for larger open angles, especially greater than $90^{\circ}$, it proves desirable to consider the effect of steel bar. 3. The effect of the arc length of center circle/straight edge on lateral deflection and bending moment is remarkable in B.C-2. For larger open angle, the effect is also noted except for B.C-3 which turn out hardly affected. 4. The effect of the radius of curvature/straight side length on lateral deflection and x-directional bending moment is noted in B.C-2. As open angle increases, B.C-1 and B.C-3 almost agree and B.C-2 approaches B.C-4.
Xu, Chang J.;Ding, Hai B.;Luo, Wen J.;Tong, Li H.;Chen, Qing S.;Deng, Jian L.
Geomechanics and Engineering
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v.20
no.3
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pp.255-265
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2020
Laboratory tests are conducted to investigate the performance of retaining system with different combinations of long-short piles. Numerical analysis implemented using ABAQUS are verified by comparing numerical results with measured data. By performing numerical studies, the horizontal displacement of piles, heave of excavation bottom and bending moment of pile for various pile system with different pile lengths are investigated. Results show that long piles share higher bending moments than short piles. The increase in the number of short piles leads to a slight increase in the heave at excavation bottom for long-short pile retaining system. Retaining system with different long and short pile combinations have greater effects on the horizontal displacement of pile above the excavation bottom, compared to its counterparts below excavation bottom. For a given length of long pile, the bending moment and displacement of piles increase with the decrease in length of short piles, while the increasing rate of maximum moment of retaining pile system is insignificant. Results highlight that a reliable and economical pile retaining system can be designed by optimizing the number and length of short piles, provided that the working performance of retaining structures above excavation bottom meets the design requirement in practice.
An expansive soil in 4970 special railway line in Dangyang City, China, has encountered a series of landslides due to the expansion characteristics of expansive soil over the past 50 years. Thereafter, a sheet-pile retaining structure was adopted to fortify the expansive soil slope after a comprehensive discussion. In order to evaluate the efficacy of engineering measure of sheet-pile retaining structure, the field test was carried out to investigate the lateral pressure and pile bending moment subjected to construction and service conditions, and the local daily rainfall was also recorded. It took more than 500 days to carry out the field investigation, and the general change laws of lateral pressure and pile bending moment versus local daily rainfall were obtained. The results show that the effect of rainfall on the moisture content of backfill behind the wall decreases with depth. The performance of sheet-pile retaining structure is sensitive to the intensity of rainfall. The arching effect is reduced significantly by employing a series of sheet behind piles. The lateral pressure behind the sheet exhibits a single-peak distribution. The turning point of the horizontal swelling pressure distribution is correlated with the self-weight pressure distribution of soil and the variation of soil moisture content. The measured pile bending moment is approximately 44% of the ultimate pile capacity, which indicates that the sheet-pile retaining structure is in a stable service condition with enough safety reserve.
The factor affecting on the fatigue strength of spot welded specimen have been studied. To analyze and predict crack initiation position and propagation directions on the spot welded area are very important for strength design of the automobile body structure. In fact, there are a various of loads in running automobile but, it is impossible to replay like an actual conditions in the laboratory. So, in this study tensile-shear type and in-plane bending type specimens were used in fatigue test and includes an analysis of fatigue crack initiation position and propagation directions about earth specimens. The results obtained in the present study are summarized as follows: 1. In tensile-shear type fatigue test, the region of fatigue crack initiation position was affected by out-of-plane bending deformation due to bending angle. 2 In in-plane bending type fatigue test, the behavior of fatigue crack initiation position and propagation derections due to angle between upper plate and lower plate was dominated by magnitude of in-plane bending moment.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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