Zhu, Li;Wang, Jia J.;Zhao, Guan Y.;Huo, Xue J.;Li, Xuan
Steel and Composite Structures
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v.37
no.2
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pp.117-136
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2020
Curved steel-concrete composite box girder has been widely adopted in urban overpasses and ramp bridges. In order to investigate its mechanical behavior under complicated and combined bending, shear and torsion load, two large-curvature composite box girders with interior angles of 25° and 45° were tested under static hogging moment. Based on the strain and deflection measurement on critical cross-sections during the static loading test, the failure mode, cracking behavior, load-displacement relationship, and strain distribution in the steel plate and rebar were investigated in detail. The test result showed the large-curvature composite box girders exhibited notable shear lag in the concrete slab and steel girder. Also, the constraint torsion and distortion effect caused the stress measured at the inner side of the composite beam to be notably higher than that of the outer side. The strain distribution in the steel web was approximately linear; therefore, the assumption that the plane section remains plane was approximately validated based on strain measurement at steel web. Furthermore, the full-process non-linear elaborate finite element (FE) models of the two specimens were developed based on commercial FE software MSC.MARC. The modeling scheme and constitutive model were illustrated in detail. Based on the comparison between the FE model and test results, the FE model effectively simulated the failure mode, the load-displacement curve, and the strain development of longitudinal rebar and steel girder with sufficient accuracy. The comparison between the FE model and the test result validated the accuracy of the developed FE model.
The aim of this study is to investigate the inelastic buckling behavior of the beams under moment gradient using a line-type finite element method. The method is incorporated the non-uniform yielding of the cross-section caused by the presence of residual stress and accepted model of residual stress so called 'simplified' and 'polynomial' pattern is adopted in this study. The inelastic lateral-torsional buckling results obtained in this study is compared with the buckling results obtained from the design method based on the allowable stress method given in Korean Steel Designers Manual (KSDM 1995). This study have found that the design method in KSDM (1995) is conservative without and with intermediate bracing applied at the mid span of the beam, and there is some scope for improving the provisions of KSDM (1995)
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.30
no.4
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pp.64-69
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2002
Dynamic analysis of laminated beams with a embedded damping layer under tension or compression axial load is investigated. Improved Layer-Wise Zig-Zag Beam Theory and Interdependent Kinematic Relation using the governing equations of motion are incorporated to model the laminated beams with a damping layer and a corresponding beam zig-zag finite element is developed. Flexural frequencies and modal loss factors under tension or compression axial load are calculated based on Complex Eigenvalue Method. The effects of the axial tension and compression load on the frequencies and loss factors are discussed.
Ye, Zhongnan;Heidarpour, Amin;Jiang, Shouchao;Li, Yingchao;Li, Guoqiang
Steel and Composite Structures
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v.43
no.5
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pp.673-688
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2022
Post-earthquake fire is a major threat since most structures are designed allowing some damage during strong earthquakes, which will expose a more vulnerable structure to post-earthquake fire compared to an intact structure. A series of experimental research on steel-concrete composite beam-to-column joints subjected to fire after cyclic loading has been carried out and a clear reduction of fire resistance due to the partial damage caused by cyclic loading was observed. In this paper, by using ABAQUS a robust finite element model is developed for exploring the performance of steel-concrete composite joints in post-earthquake fire scenarios. After validation of these models with the previously conducted experimental results, a comprehensive numerical analysis is performed, allowing influential parameters affecting the post-earthquake fire behavior of the steel-concrete composite joints to be identified. Specifically, the level of pre-damage induced by cyclic loading is regraded to deteriorate mechanical and thermal properties of concrete, material properties of steel, and thickness of the fire protection layer. It is found that the ultimate temperature of the joint is affected by the load ratio while fire-resistant duration is relevant to the heating rate, both of which change due to the damage induced by the cyclic loading.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2001.11a
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pp.498-498
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2001
Seismic qualification of the Main Control Boards for nuclear power plants has been performed with the guideline of AS ME Section III. US NRC Reg. Guide and IEEE 344 code. The analysis model of the Main Control Boards is consist of beam. shell and mass element by using the finite element method. and, at the same time. the excitation forces and other operating loads for each model are encompassed with respect to different loading conditions. As the fundamental frequencies of the structure are found to be less than 33Hz. which is the upper frequency limit of the seismic load, the response spectrum analysis using ANSYS is performed in order to combine the modal stresses within the frequency limit. In order to confirm the structural and functional integrity of the major components, modal analysis theory is adopted to derive the required response spectrum at the component locations. As all the combined stresses obtained from the above procedures are less than allowable stresses and no mechanical or electrical failures are found from the seismic testing, it concludes the Main Control Boards is dynamically qualified for seismic conditions. Although the authors had confirmed the structural and functional integrity of both Main Control Boards and all the component, in this paper only the seismic analysis of the Main Control Board is introduced.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2000.04b
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pp.43-50
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2000
In the first-order shear deformation laminated beam theory (FSDT), the Kirchhoff hypothesis is relaxed such that the transverse normals do not remain perpendicular to the midsurface after deformation. Bending behavior of laminated composite thin-walled beams with singly- and doubly-symmetric open sections under uniformly distributed and concentrated loads is analyzed by the Timoshenko-type thin-walled beam theory. A closed-form expression for the shear correction factor of I-shaped composite laminated section is obtained. Numerical examples are presented to compare present analytical solutions by FSDT with the finite element solutions obtained by using three dimensional model. The effects of lamination of scheme and length-to-height ratio on the shear deformation of laminated composite beams with various boundary conditions are studied.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1998.04b
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pp.541-546
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1998
The use of steel fibers in conventional reinforced concrete increases the strength and ductility under various loading conditions. In order to examine the possibility of the use of these combinations achieving required strength and ductility of a reinforced concrete beam, a refined optimization procedure based on nonlinear layered finite element method and nonlinear programming technique is developed in this study. Six design variables-beam width and depth, fiber volume fraction, amounts of tensile and compressive rebars, and stirrup, and stirrup spacing-are considered. The developed model can be used as a tool in determining the economical use of steel fibers in designing the reinforced steel fibrous concrete beam.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2005.04a
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pp.167-171
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2005
The thick open section composite beams are used extensively as load carrying members and stiffeners of structural elements. However, most of studies on thick composite beams are limited only to closed section beams. In this study, an open cross-section thick-walled composite beam model which includes coupled stiffness, transverse shear, and warping effects is suggested and the deflections associated with the thick-walled composite beams and thin-walled composite beams are obtained and compared with the finite element analysis results. The correlation between thin and thick walled composite beam was achieved for two different layup configurations which are the circumferentially asymmetric stiffness (CAS) and circumferentially uniform stiffness (CUS) beams.
The present study deals with the dynamics of the flapwise (out-of-plane) vibrations of a rotating, internally damped (Kelvin-Voigt model) tapered Bernoulli-Euler beam carrying a heavy tip mass. The centroid of the tip mass is offset from the free end of the beam and is located along its extended axis. The equation of motion and the corresponding boundary conditions are derived via the Hamilton's Principle, leading to a differential eigenvalue problem. Afterwards, this eigenvalue problem is solved by using Frobenius Method of solution in power series. The resulting characteristic equation is then solved numerically. The numerical results are tabulated for a variety of nondimensional rotational speed, tip mass, tip mass offset, mass moment of inertia, internal damping parameter, hub radius and taper ratio. These are compared with the results of a conventional finite element modeling as well, and excellent agreement is obtained.
It is the intention of this study to synthesize the effects of double-edge cracks on the dynamic characteristics of a beam. The stiffness matrix is first determined for a Timoshenko beam containing two same-line edge cracks. The presented model is then developed for elements with two parallel double-sided cracks, considering the interaction between the stress fields of adjacent cracks. Finally, a finite element code is implemented, to examine the influence of depth and location of double cracks, on the natural frequencies of the damaged system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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