Free-vibration and buckling analyses of plate problems are investigated with the aid of the strain gradient notation finite element method (SGN-FEM). As SGN-FEM employs physically interpretable polynomials in developing finite elements, parasitic shear sources, which are the cause of shear locking, can be precisely identified and subsequently eliminated. This allows two mutually complementary objectives to be defined in this work, namely, evaluate the efficiency of free-vibration and buckling results provided by corrected models, and study the severity of parasitic shear effects on plate models performance. Parasitic shear are flexural terms erroneously present in shear strain polynomials. It is reviewed here that six parasitic shear terms arise during the formulation of the four-node Mindlin plate element. Two parasitic shear terms have been identified in the in-plane shear strain polynomial while other two have been identified in each of the transverse shear strain polynomials. The element is corrected a-priori, i.e., during development, by simply removing the spurious terms from the shear strain polynomials. The computational implementation of the element in its two versions, namely, containing the parasitic shear terms (PS) and corrected for parasitic shear (SG), allows for assessments of the accuracy of results and of the deleterious effects of parasitic shear in free vibration and buckling analyses. This assessment of the parasitic shear effects is a novelty of this work. Validation of the SG model is done comparing its results with analytical results and results provided by other numerical procedures. Analyses are performed for square plates with different thickness-to-length ratios and boundary conditions. Results for thin plates provided by the PS model do not converge to the correct solutions, which indicates that parasitic shear must be eliminated. That is, analysts should not rely on refinement alone. For thick plates, PS model results can be considered acceptable as deleterious effects are really critical in thin plates. On the other hand, results provided by the SG model converge well for both thin and thick plates. The effectiveness of the SG model is established via high-accuracy results obtained in several examples. It is concluded that corrected SGN-FEM models are efficient alternatives for free-vibration and buckling analysis of Mindlin plate problems, and that precise elimination of parasitic shear is a requirement for sound analyses.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2000.04b
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pp.246-252
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2000
The nonlinearity of a cable-stayed bridge results in the large displacement of main girder due to a long span, the large axial forces reduce the catenary action of cables and the flexural stiffness. Therefore, the static and dynamic behavior of pylon for a cable-stayed bridge plays an important role in determining its safety. This study was performed to find the behavior of pylon of cable-stayed bridge for the first-order analysis considering of axial load only and for the second-order analysis considering of lateral deflection due to axial load. The axial force and moment values of pylon were different from the results of the first-order analysis and second-order analysis according to pylon shape and cross beam stiffness when the pylon was subjected to earthquake and wind loads. In the second-order analysis, comparing the numerical values of the member forces for the dynamic analysis, types 3 and 4 (A type) were relatively more advantageons types than types 1 and 2 (H type). Considering the stability for pylon of cable-stayed bridge (whole structural system), types 3 and 4 (A type) with pre-buckling of girder were proper types than types 1 and 2 (H type) with buckling of pylon.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.23
no.6
s.183
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pp.136-142
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2006
Optimization of the aircraft panel assembly constructed by skin and stringers is investigated. For the design of panel assembly of the aircraft structure, it is necessary to determine the best shape of the stringer which accomplishes lowest weight under the condition of no instability. A panel assembly can fail in a variety of instability modes under compression. Overall modes of flexure or torsion can occur and these can interact in a combined flexural/torsion mode. Flexure and torsion can occur symmetrically or anti-symmetrically. Local instabilities can also occur. The local instabilities considered in this paper are buckling of the free and attached flanges, the stiffener web and the inter-rivet buckling. A program is developed to find out critical load for each instability mode at the specific stringer shape. Based on the developed program, optimization is performed to find optimum stringer shape. The developed instability analysis program is not adequate for sensitivity analysis, therefore RSM (Response Surface Method) is utilized instead to model weight and instability constraints. Since the problem has many local minimum, Genetic algorithm is utilized to find global optimum.
In order to investigate mechanical properties and load-bearing capacity of T-shaped Concrete-Filled Square Steel Tubular (TCFST) composite columns under eccentric axial load, three T-shaped composite columns were tested under eccentric compression. Experimental results show that failure mode of the columns under eccentric compression was bending buckling of the whole specimen, and mono column performs flexural buckling. Specimens behaved good ductility and load-bearing capacity. Nonlinear finite element analysis was also employed in this investigation. The failure mode, the load-displacement curve and the ultimate bearing capacity of the finite element analysis are in good agreement with the experimental ones. Based on eccentric compression test and parametric finite element analysis, the calculation formula for the equivalent slenderness ratio was proposed and the bearing capacity of TCFST composite columns under eccentric compression was calculated. Results of theoretical calculation, parametric finite element analysis and eccentric compression experiment accord well with each other, which indicates that the theoretical calculation method of the bearing capacity is advisable.
This research suggest method to calculate more accurate shearing and bending force on corrugated steel plate that it is produced domestically. This research analyze limitation of former formula on domestic design standard and existing research. In addition The strength calculation formula on corrugated steel plate was proposed according to result of the experiment and FEM analysis. In this study, the result that compare experiment with analysis using the proposed shear buckling coefficient and limit width to thickness ratio indicate similar behavior. As the result of the research, It is judged that the structural member design and performance evaluation of the corrugated steel plate was conveniently applied.
This paper describes a series of compression tests performed on cold-formed steel channel sections with perforations in the web (thermal studs) fabricated from a galvanized steel plate whose thickness ranged from 1.0 mm to 1.6 mm and nominal yield stress was 295 MPa. The structural behavior and performance of thermal studs undergoing local, distortional, or flexural-torsional buckling were investigated experimentally and analytically. The compression tests indicate that the slits in the web had significant negative effects on the buckling and ultimate strength of thin-walled channel section columns. The compressive strength of perforated thermal studs was estimated using equivalent solid channel sections of reduced thickness instead of the studs. The direct strength method, a newly developed and adopted alternative to the effective width method for designing cold-formed steel sections in the AISI Standard S100 (2004) and AS/NZS 4600 (Standard Australia 2005), was calibrated to the test results for its application to cold-formed channel sections with slits in the web. The results verify that the DSM can predict the ultimate strength of channel section columns with slits in the web by substituting equivalent solid sections of reduced thickness for them.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.4
no.3
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pp.145-152
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2000
In simply supported composite beams, the neutral axis of the composite cross section is usually located near the top flange of the steel H-shape, so that the top flange does not impart much strength to the member. This suggests that omitting the top flange entirely could be a means to lower the cost of the beam without greatly reducing the strength. However, It is not easy for inverted T-shaped composite beam to construct and to apply continuous beam which has negative bending moment. As a result, it would get more workability and decrease capability of lateral buckling and local buckling, if the bottom flange of inverted T-shaped steel used as a form. Therefore. the objectives of this study are to investigate strength and behaviors of inverted T-shaped composite beam which web is encased by concrete and to grasp bending capacity and efficiency of composite by comparing and analyzing in test piece.
Park, Yong Myung;Heo, Taek Young;Lee, Pil Goo;Noh, Kyeung Bae
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.16
no.6
s.73
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pp.759-768
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2004
The parametric analysis of vertically braced steel pipe arch ribs was performed to evaluate their in-plane buckling strengths and ultimate load-carrying capacities. The elastic and plastic behavior of braced arch ribs, unlike those of the usual single arch ribs, are affected by such factors as the flexural rigidity of the brace member, brace and pipe ribs spacing, loading situation, and arch curvature. To analyze these effects, several parameters were included, such as the rise-to-span ratio, the second moment of the inertia ratio of the rib to the brace member, the space ratio of the brace, the space ratio of the upper and lower ribs, the initial crookedness, the slenderness ratios of the braced arch ribs, and the loading conditions were considered with live-load-to-dead-load ratios. Based on the results of the parametric analyses, a proper profile of the braced arch rib was proposed. A large-scale structural experiment was also performed to evaluate the ultimate strength of the braced arch rib. The test results were determined to reasonably coincide with the analytical ones.
As deep decks are commonly used in construction fields and high-rise building. etc, the slim floor system is increasingly employed. But, the drawback of the slim floor system is that the use of 250 mm deep decks in a structure having a clear span of more than 6 m because of deflection and flexural buckling. This study suggests a non-support construction method where tendons are installed in the deep decks of the slim floor structure to introduce preload in order to control deflection in a structure having a clear span of 9 m. Loading tests were conducted to verify the composite effect and flexural capacity of the preloaded deep deck composite slab and evaluate the serviceability of the supportless construction method. The results showed the complete composite behavior of the preloaded deep deck composite slab with tendons. The specimens satisfied deflection limit and the working load was approximately 25% of the maximum load capacity. It is deemed that the cross-sectional area and yield strength of the deck plate should be taken into account in slab design and the yield strength and diameter of the tendon should be determined with the pre-tension taken into consideration.
Dar, M. Adil;Subramanian, N.;Atif, Mir;Dar, A.R.;Anbarasu, M.;Lim, James B.P.
Steel and Composite Structures
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v.34
no.3
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pp.333-345
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2020
In the past, many efficient profiles have been developed for cold-formed steel (CFS) members by judicious intermediate stiffening of the cross-sections, and they have shown improved structural performance over conventional CFS sections. Most of this research work was based on numerical modelling, thus lacking any experimental evidence of the efficiency of these sections. To fulfill this requirement, experimental studies were conducted in this study, on efficient intermediately stiffened CFS sections in flexure, which will result in easy and simple fabrication. Two series of built-up sections, open sections (OS) and box sections (BS), were fabricated and tested under four-point loading with same cross-sectional area. Test strengths, modes of failure, deformed shapes, load vs. mid-span displacements and geometric imperfections were measured and reported. The design strengths were quantified using North American Standards and Indian Standards for cold-formed steel structures. This study confirmed that efficient profiling of CFS sections can improve both the strength and stiffness performance by up to 90%. Closed sections showed better strength performance whereas open sections showed better stiffness performance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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