Liu, Yanzhi;Malaga-Chuquitaype, Christian;Elghazouli, Ahmed Y.
Steel and Composite Structures
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v.16
no.2
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pp.157-185
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2014
This paper examines the behaviour of two types of practical open beam-to-tubular column connection details subjected to combined moment, axial and/or shear loads. Detailed continuum finite element models are developed and validated against available experimental results, and extended to deal with flexural, axial and shear load interactions. A numerical investigation is then carried out on the behaviour of selected connections with different stiffness and strength characteristics under various load combination scenarios. The influence of applied levels of axial tensile or compressive loads on the bending stiffness and capacity is examined and discussed. Additionally, the interaction effects between shear forces and co-existing bending and axial loads are examined and shown to be comparatively insignificant in terms of stiffness and capacity in most cases. It is also shown that the range of connections considered in this paper can provide rotational ductility levels in excess of those required under typical design scenarios. Based on these findings, a simplified component-based representation is proposed and described, and its ability to represent the connection response under combined loading is verified using results from detailed numerical simulations.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.53
no.4
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pp.258-265
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2016
A flexible riser consists of several layers which have different materials, shapes and functions. The layers designed properly can take the design load safely, and each property of layer provides a complexity of flexible riser. Such complexity/unit-property is an input for global analysis of flexible riser. There are several approaches to calculate the complexity of flexible riser, those are experimental, numerical and theoretical methods. This paper provides a complexity from numerical and theoretical analysis for 2.5 inch flexible riser of which details and the experimental data are already produced under tension, external pressure, and bending moment. In addition, comparison of stiffness and stress are also provided. Especially, analysis of stress could lead to researches on ultimate strength or fatigue strength of flexible risers.
Fantilli, Alessandro P.;Chiaia, Bernardino;Gorino, Andrea
Computers and Concrete
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v.18
no.6
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pp.1175-1194
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2016
Nonlinear models, capable of taking into account all the phenomena involved in the cracking and in the failure of lightly reinforced concrete beams, are nowadays available for a rigorous calculation of the minimum reinforcement. To simplify the current approaches, a new procedure is proposed in this paper. Specifically, the ductility index, which is lower than zero for under-reinforced concrete beams in bending, is introduced. The results of a general model, as well as the data measured in several tests, reveal the existence of two linear relationships between ductility index, crack width, and the amount of steel reinforcement. The above relationships can be applied to a wide range of lightly reinforced concrete beams, regardless of the geometrical dimensions and of the mechanical properties of materials. Accordingly, if only a few tests are combined with this linear relationships, a new design-by-testing procedure can be used to calculate the minimum reinforcement, which guarantees both the control of cracking in service and the ductility at failure.
The dynamic and structural responses of a 1000-m long circular submerged floating tunnel (SFT) with both ends fixed under survival irregular-wave excitations are investigated. The floater-mooring nonlinear and elastic coupled dynamics are modeled by a time-domain numerical simulation program, OrcaFlex. Two configurations of mooring lines i.e., vertical mooring (VM) and inclined mooring (IM), and four different buoyancy-weight ratios (BWRs) are selected to compare their global performances. The result of modal analysis is included to investigate the role of the respective natural frequencies and elastic modes. The effects of various submergence depths are also checked. The envelopes of the maximum/minimum horizontal and vertical responses, accelerations, mooring tensions, and shear forces/bending moments of the entire SFT along the longitudinal direction are obtained. In addition, at the mid-section, the time series and the corresponding spectra of those parameters are also presented and analyzed. The pros and cons of the two mooring shapes and high or low BWR values are systematically analyzed and discussed. It is demonstrated that the time-domain numerical simulation of the real system including nonlinear hydro-elastic dynamics coupled with nonlinear mooring dynamics is a good method to determine various design parameters.
The present study shows the moment-average curvature relationship and effective inertia moment of RC beams obtained from the nonlinear analysis based on the parabola-rectangular stress-strain curve defined in EC-2 code. The variables examined are concrete strength and steel ratio, and moment-average curvature relationship and effective inertia moment obtained are compared with those of the current KCI provisions. As the results of the comparison, the followings could be said: Since the KCI provisions(the Branson method) were originally derived based on the experimental data ranged from 2.2 to 4 of $M/M_{cr}$ and 1.3 to 3.5 of $I_{ut}/I_{cr}$, thereby within these ranges the inertia moments obtained from the nonlinear analysis are closely agreed with those predicted by the Branson method. However, beyond those range the remarkable difference could be found between the two results. In particular, for beams having low steel ratio the inertia moment resulted from the nonlinear analysis are significantly smaller than those obtained from the KCI(Branson) method. This result may imply that the deflection of lightly reinforced members, such as slabs in buildings, becomes much larger than those calculated according to the current design provisions.
Single-storey industrial buildings are one of the most often type of structures built among various skeletal framed steel constructions. These metallic buildings offer an exceptional opportunity to minimise the material employed, contributing to a more sustainable construction. In particular, the mansard portal frame is a typology made up of broken beams that involves different lengths and discontinuous slopes. This study aims the weight reduction of the standard mansard portal frame with design purposes by means of varying four parameters: the kink position, the eaves-apex slope, the span and the columns height. In this work, we suggest some guidelines that can improve the economical competitive capabilities of their structural design. In all the cases analysed, the joints of the portal frame are placed over the theoretical non-funicular shape to uniform loads. This allows reducing the bending moment and the shear force, but increasing the axial force. In addition, the performance of mansard and typical pitched portal frames submitted to the same boundary conditions is compared in terms of efficiency in the use of steel. In the large majority of the cases, mansard typologies are lighter than the common pitched frames and, hence, more economical.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.36
no.2
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pp.111-122
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1994
In this study, an algorithm which can be applied to the optimum design of simple steel plate girders was developed, and efficient optimization strategies for the solution of algorithm were found out. The optimum design algorithm consists of 3-levels of optimization. In the first and second levels of optimization, the absolute maximum bending moment and shearing force are extracted and in the third level of optimization, the optimum cross section of steel plate girder is determined. For the optimum design of cross section, the objective function is formulated as the total area of cross section and constraints are derived in consideration of the various stresses and the minimum dimension of flange and web based on the part of steel bridge in the Korea standard code of road bridge. Sequential unconstrained minimization technique using the exterior penalty function method(SUMT-EP), sequential linear programming(SLP) and sequential quadratic programming (SQP) are proved to be efficient and robust strategies for the optimum design of simple plate girder cross section. From the reliable point of view, SLP is the most efficient and robust strategy and SQP is the most efficient one from the viewpoint of converguency and computing time.
Unterweger, Harald;Lechner, Andreas;Greiner, Richard
Steel and Composite Structures
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v.11
no.1
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pp.1-19
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2011
The introduction of the Eurocodes makes plastic design criteria available also for composite bridges, leading to more economical solutions compared with previous elastic design rules. Particularly for refurbishment old bridges with higher actual traffic loads, up to date outside the scope of the Eurocodes, strengthening should therefore be avoidable or at least be necessary only to a minor extent. For bridges with smaller spans and compact cross sections, the plastic load bearing capacity is clearly justified. In this work, however, the focus is placed on long span continuous composite bridges with deep, longitudinally stiffened girders, susceptible to local buckling. In a first step, the elastic - plastic cross section capacity of the main girder in bending is studied as an isolated case, based on high preloads acting on the steel girder only, due to the common assembling procedure without scaffolding. In a second step, the effects on the whole structure are studied, because utilising the plastic section capacity at midspan leads to a redistribution of internal forces to the supports. Based on the comprehensive study of an old, actual strengthened composite bridge, some limitations for plastic design are identified. Moreover, fully plastic design will sometimes need additional global analysis. Practical recommendations are given for design purposes.
Choi, Young Hwan;Kim, Kang Su;Choi, Sung Mo;Lee, Sangsup
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.19
no.6
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pp.575-585
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2007
In this study, a new design equation was presented for square CFTs with high-strength concrete subjected to axial compression and bending. In a previous study, a design equation for square CFTs with normal strength concrete was proposed. A parametric study by fiber analysis was performed taking the width-to-thickness ratio (b/t) and the relative concrete strength to the yield strength of the steel tube (fck/Fy) as the main parameters of this study to determine the maximum moment and the axial load at the maximum moment. A new constitutive model for concrete was adopted for fiber analysis in order to take into account the effect of high-strength concrete. The results of the parametric study were embedded into the method which was presented in the previous study to formulate a new design equation that can be easily used for estimating the strength of square CFTs with high-strength concrete.
Multi-storey precast concrete skeletal structures are assembled from individual prefabricated components which are erected on-site using various types of connections. In the current design of these structures, beam-to-column connections are assumed to be pin jointed. Welded plate beam to-column connections have been used in the precast concrete industry for many years. They have many advantages over other jointing methods in component production, quality control, transportation and assembly. However, there is at present limited information concerning their detailed structural behaviour under bending and shear loadings. The experimental work has involved the determination of moment-rotation relationships for semi-rigid precast concrete connections in full scale connection tests. The study reported in this paper was undertaken to clarify the behaviour of such connections under symmetrical vertical loadings. A series of full-scale tests was performed on sample column for which the column geometry and weld arrangements conformed with successful commercial practice. Proprietary hollow core slabs were tied to the beams by tensile reinforcing bars, which also provide the in-plane continuity across the connections. The strength of the connections in the double sided tests was at least 0.84 times the predicted moment of resistance of the composite beam and slab. The secant stiffness of the connections ranged from 0.7 to 3.9 times the flexural stiffness of the attached beam. When the connections were tested without the floor slabs and tie steel, the reduced strength and stiffness were approximately a third and half respectively. This remarkable contribution of the floor strength and stiffness to the flexural capacity of the joint is currently neglected in the design process for precast concrete frames. In general, the double sided connections were found to be more suited to a semi-rigid design approach than the single sided ones. The behaviour of double sided welded plate connection test results are presented in this paper. The behaviour of single sided welded plate connection test results is the subject of another paper.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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