Cyclic behaviour of composite (steel-concrete) plate shear walls (CPSW) with variable column flexural stiffness is experimentally and numerically investigated. The investigation included design, fabrication and testing of three pairs of one-bay one-storey CPSW specimens. The reference specimen pair was designed in way that its column flexural stiffness corresponds to the value required by the design codes, while within the other two specimen pairs column flexural stiffness was reduced by 18% and 36%, respectively. Specimens were subjected to quasi-static cyclic tests. Obtained results indicate that column flexural stiffness reduction in CPSW does not have negative impact on the overall behaviour allowing for satisfactory performance for up to 4% storey drift ratio while also enabling inelastic buckling of the infill steel plate. Additionally, in comparison to similar steel plate shear wall (SPSW) specimens, column "pull-in" deformations are less pronounced within CPSW specimens. Therefore, the results indicate that prescribed minimal column flexural stiffness value used for CPSW might be conservative, and can additionally be reduced when compared to the prescribed value for SPSWs. Furthermore, finite element (FE) pushover simulations were conducted using shell and solid elements. Such FE models can adequately simulate cyclic behaviour of CPSW and as such could be further used for numerical parametric analyses. It is necessary to mention that the implemented pushover FE models were not able to adequately reproduce column "pull-in" deformation and that further development of FE simulations is required where cyclic loading of the shear walls needs to be simulated.
Here, the axisymmetric free flexural vibrations and thermal stability behaviors of functionally graded spherical caps are investigated employing a three-noded axisymmetric curved shell element based on field consistency approach. The formulation is based on first-order shear deformation theory and it includes the in-plane and rotary inertia effects. The material properties are graded in the thickness direction according to the power-law distribution in terms of volume fractions of the constituents of the material. The effective material properties are evaluated using homogenization method. A detailed numerical study is carried out to bring out the effects of shell geometries, power law index of functionally graded material and base radius-to-thickness on the vibrations and buckling characteristics of spherical shells.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.6
no.1
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pp.3-18
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2012
Observed wall damage in recent earthquakes in Chile and New Zealand, where modern building codes exist, exceeded expectations. In these earthquakes, structural wall damage included boundary crushing, reinforcement fracture, and global wall buckling. Recent laboratory tests also have demonstrated inadequate performance in some cases, indicating a need to review code provisions, identify shortcomings and make necessary revisions. Current modeling approaches used for slender structural walls adequately capture nonlinear flexural behavior; however, strength loss due to buckling of reinforcement and nonlinear and shear-flexure interaction are not adequately captured. Additional research is needed to address these issues. Recent tests of reinforced concrete coupling beams indicate that diagonally-reinforced beams detailed according to ACI 318-$11^1$ can sustain plastic rotations of about 6% prior to significant strength loss and that relatively simple modeling approaches in commercially available computer programs are capable of capturing the observed responses. Tests of conventionally-reinforced beams indicate less energy dissipation capacity and strength loss at approximately 4% rotation.
In the present study, the finite strip analysis of a box girder to simulate a ship's hull model is carried out to investigate its inelastic post-buckling behavior and to predict its ultimate flexural strength. Residual stresses and initial geometrical imperfections are both considered in the combined material and geometrical nonlinear analysis. The von-Mises yield criterion and the Prandtl-Reuss flow theory of plasticity are applied in modeling the elasto-plastic behavior of material. The Newton-Raphson iterative process is also employed in the analysis to achieve convergence. The numerical results agree well with the experimental data. The effects of some material and geometrical parameters on the ultimate strength of the structure are also investigated.
The paper describes the development of a two-dimensional (2D) co-rotational nonlinear beam finite element that includes advanced path-following capabilities for detecting bifurcation instability in elasto-plasticity of steel elements subjected to fire without introducing imperfections. The advantage is twofold: i) no need to assume the magnitude of the imperfections and consequent reduction of the model complexity; ii) the presence of possible critical points is checked at each converged time step based on the actual load and stiffness distribution in the structure that is affected by the temperature field in the elements. In this way, the buckling modes at elevated temperature, that may be different from the ones at ambient temperature, can be properly taken into account. Moreover, an improved displacement predictor for estimating the displacement field allowed significant reduction of the computational cost. A co-rotational framework was exploited for describing the beam kinematic. In order to highlight the potential practical implications of the developed finite element, a parametric analysis was performed to investigate how the beam element compares both with the EN1993-1-2 buckling curve and with experimental tests on axially compressed steel members. Validation against experimental data and numerical outcomes obtained with commercial software is thoroughly described.
Park, Myeung Kyun;Kim, Han Sik;Chung, Hyun Suk;Kwon, Yunng Bong
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.14
no.2
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pp.349-356
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2002
Cold-Formed C-section and Lipped C-section are commonly used as structural members of steel houses in Korea. Both are made of SGC41 steel. However, special Cold-Formed Sections with unique cross sectional shape have been developed and widely used in advanced countries. This research focused on the newly developed thin-walled Cold-Formed Sections which possess not only high strength and stiffness but also other advantages in construction. A series of compression tests was conducted to investigate the structural behavior of a compression member, including its load carrying capacity. Test results were compared with analytical study results.
Eight cold-formed thin-walled steel beams were performed to investigate the effect of corrosion damage on the flexural behavior of steel beams. The relationships between failure modes or load-displacement curves and corrosion degree of steel beams were investigated. A series of parametric analysis with more than forty finite element models were also performed with different corrosion degrees, types and locations. The results showed that the reduction of cross-section thickness as well as corrosion pits on the surface would lead to a decline in the stiffness and flexural capacity of steel beams, and gradually intensified with the corrosion degree. The yield load, ultimate load and critical buckling load of the corroded specimen IV-B46-4 decreased by 22.2%, 26% and 45%, respectively. The failure modes of steel beams changed from strength failure to stability failure or brittle fracture with the corrosion degree increasing. In addition, thickness damage and corrosion pits at different locations caused the degradation of flexural capacity, the worst of which was the thickness damage of compression zone. Finally, the method for calculating flexural capacity of corroded cold-formed thin-walled steel beams was also proposed based on experimental investigation and numerical analysis results.
Steel plate shear wall (SPSW) system has been increasingly used for lateral loads resisting system since 1980s when the utilization of post-buckling strength of SPSW was realized. The structural response of SPSWs largely depends on the behavior of the surrounded beams. The beams are normally required to behave in the elastic region when the SPSW fully buckled and formed the tension field action. However, most modern design codes do not specify how this requirement can be achieved. This paper presents theoretical investigation and design procedures of manually calculating the plastic flexural capacity of the beams of SPSWs and can be considered as an extension to the previous work by Qu and Bruneau (2011). The reduction in the plastic flexural capacity of beam was considered to account for the presence of shear stress that was altered towards flanges at the boundary region, which can be explained by Saint-Venant's principle. The reduction in beam web was introduced and modified based on the research by Qu and Bruneau (2011), while the shear stress in the web in this research is excluded due to the boundary effect. The plastic flexural capacity of the beams is given by the superposition of the contributions from the flanges and the web. The developed equations are capable of predicting the plastic moment of the beams subjected to combined shear force, axial force, bending moment, and tension fields induced by yielded infill panels. Good agreement was found between the theoretical results and the data from previous research for flexural capacity of beams.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.33
no.12
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pp.92-100
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2005
An aircraft wing or fuselage panel of skin-stringer assembly can fail in a variety of instable modes under compression loads. Instability modes can be buckling of the panel, local buckling of the stringer, flexure, torsion, wrinkle and combined flexural/torsional buckling of the panel assembly. Although researches on these buckling behaviors have been carried out for a long time, there are some difficulties to apply to the practice because of complex theoretical and empirical equations. Accordingly, It is well known that leading aerospace companies are using their own in-house programs for the convenience of practical usage, but our domestic situation is that no such program has been ever developed. In this study a comprehensive program has been developed, which can identify the instability modes and the magnitude of reserve factor of the modes for the skin/stringer panel assembly under compression load. The developed program is based on the theory manual of the Airbus program APA114. For the verification, calculation of the instable reserve factors for the A320 wing panel and A380 low wing panel sections were carried out and compared with results by APA114.
In this paper, a shear-flexible finite element model is developed for the buckling analysis of axially loaded, thin-walled composite I-beams. Based on an orthogonal Cartesian coordinate system, the displacement fields are defined using the first-order shear-deformable beam theory. The derived element takes into account flexural shear deformation and torsional warping deformation. Three different types of beam elements, namely, the two-noded, three-noded, and four-noded beam elements, were developed to solve the governing equations. An inverse iteration with shift eigenvalue solution was used to solve the resulting linearized buckling problem. A parametric study was conducted to show the importance of shear flexibility and fiber orientation on the buckling behavior of thin-walled composite beams. A good agreement was obtained among the proposed shear-flexible model, other results available in literature, and the finite element solution.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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