The use of thin-walled flexural members has proven to be a practical way to achieve the lowest cost in the construction of prefabricated long-span, low-rise building frames in steel. On the other hand, most of these structures are subjected to corrosion due to environmental exposure, which can reduce their carrying capacity. Corrosion damage is a serious problem for these structures as it causes thickness loss. That is, the class of a section (plastic, compact, non-compact, or slender) may change from one to another due to the loss of thickness of the compression flange and web due to corrosion. In this study, the effects of corrosion on thin-walled members in long-span steel frames were evaluated with regard to the moment-rotation curve, initial stiffness, maximum load capacity, stiffness in the post-maximum capacity, and energy absorption.
Seo, Sang-Hoon;Yoo, Yeon-Jong;Lee, Young-Hak;Kim, Hee-Cheul;Lee, Ki-Hak;Lee, Han-Seon
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.13
no.1
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pp.45-52
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2009
The purpose of this study is to evaluate the structural capacities of beam-column specimens retrofitted with CFRP sheet and BRB (Buckling-Restrained Brace) under sustained axial and cyclic lateral loads. Three specimens were made using different retrofitting methods : non-retrofitted, retrofitted with CFRP sheets only, and retrofitted with both CFRP sheet and BRB systems. Lateral load resistant capacities were evaluated based on the load-displacement relations. From the results, the maximum lateral forces of the FRP sheet retrofitted and both the FRP and BRB retrofitted specimens showed approximately 34% and 138% improvement, respectively, compared with the non-retrofitted specimen.
Park, Yong Myung;Lee, Kun Joon;Choi, Byung Ho;Hwang, Min O
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.25
no.2
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pp.153-164
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2013
In this paper, lateral-torsional buckling(LTB) strength of HSB800 high strength steel plate girder with monosymmetric section under uniform moment was evaluated by nonlinear analysis. The unbraced length in inelastic LTB range was considered for the sections whose smaller or larger flange is in compression with slender, noncompact and compact web. Analyses of SM490 steel girders were first performed with the single-panel and three-panel model to judge the validity of the constructed models by comparing those results with Eurocode 3, AASHTO and AISC codes. By using the same models, LTB strength of HSB800 girder was evaluated and it was found that the sections whose smaller flange is in compression with noncompact flange-slender/noncompact web could not reach the flexural strength of the design codes.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.25
no.6
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pp.131-142
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2021
For old piers constructed when seismic design code had not been developed, lap splices usually exist in plastic hinge region. Corrosion of rebars causes decreasement in cross-sectional area of rebar and deterioration of lap-splice behaviour, thereby reducing the seismic performance of the old piers. In this research, according to these characteristics of old piers, test specimens are designed and manufactured considering rebar corrosion, lap splice, seismic design details, and seismic reinforcement. These effects are investigated through experiments. As a result of these experiment, rebar corrosion as well as lap splice reduces displacement ductility. When seismic design details or steel-plate reinforcement are applied, sufficient displacement ductility is expressed. For non-seismically designed specimens, loosening of the lap splice of transverse rebars caused buckling of longitudinal rebars and crushing of core concrete in plastic hinge region . For seismically designed specimen, area-reducing and untying of transverse rebars due to corrosion of rebars caused buckling of longitudinal rebars and crushing of core concrete.
Mona M. Fawzy;Fattouh M. F. Shaker;Alia M. Ayyash;Mohamed M. Salem
Steel and Composite Structures
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v.50
no.1
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pp.1-13
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2024
The objective of this research is to study experimentally and numerically the behavior of steel beam columns with openings. Although the presence of openings in the beam columns is inevitable, finding ways to maintain strength is crucial. The studied parameters are opening shape, the ratio between opening height to specimen height, the percentage of opening location from support to beam column length, and web slenderness. Experimental tests are conducted including twelve specimens to study the effect of these parameters and record failure load, load deflection curve, and stress strain curve. Two failure modes are observed: local and flexural buckling. Interaction curves plotted from finite element model analysis are also used to expand the parametric study. Changing the location of the opening can decrease failure load by up to 7% and 60% in both normal and moment ratios respectively. Increasing the opening dimension can lead to a drop in the axial ratio by up to 29% and in the moment ratio by up to 74%. The weakest beam column behavior is noticed in specimens with rectangular openings which results from uneven and concentrated stresses around the opening. The main results of this research illustrate that the best location for opening is at 40% - 50% from beam column support. Also, it is advisable to use circular openings instead of rectangular openings in specimens having slender webs because moment ratios are raised by 85% accompanied by a rise in normal ratios by 9%.
Cross-beam in the existing temporary bridge system is usually installed to prevent the lateral-torsional buckling of girders and to promote the construction efficiency. However, most of this cross-beams are connected to the girder web by bolts, and therefore, gravitational load resisting capacity of the cross-beams are negligibly small. In recent years, new temporary bridge system, in which the cross-beams and girders are connected to resist the external loads as a unit, was developed. In this paper, we present the experimental and analytical study results pertaining to the structural behavior and load carrying capacity of new temporary bridge system. From the results of study, it was found that the continuous cross-beam increased the flexural rigidity and reduced the maximum flexural stress in the girder. In addition, it was also found that the new temporary bridge system developed is more appropriate for the application in the long-span temporary bridge.
Kolsek, Jerneja;Hozjan, Tomaz;Kroflic, Ales;Saje, Miran;Planinc, Igor
Steel and Composite Structures
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v.16
no.6
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pp.559-576
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2014
A new mathematical model and its finite element formulation for the non-linear stress-strain analysis of a planar beam strengthened with plates bolted or adhesively bonded to its lateral sides is presented. The connection between the layers is considered to be flexible in both the longitudinal and the transversal direction. The following assumptions are also adopted in the model: for each layer (i.e., the beam and the side plates) the geometrically linear and materially non-linear Bernoulli's beam theory is assumed, all of the layers are made of different homogeneous non-linear materials, the debonding of the beam from the side-plates due to, for example, a local buckling of the side plate, is prevented. The suitability of the theory is verified by the comparison of the present numerical results with experimental and numerical results from literature. The mechanical response arising from the theoretical model and its numerical formulation has been found realistic and the numerical model has been proven to be reliable and computationally effective. Finally, the present formulation is employed in the analysis of the effects of two different realizations of strengthening of a characteristic simply supported flexural beam (plates on the sides of the beam versus the tension-face plates). The analysis reveals that side plates efficiently enhance the bearing capacity of the flexural beam and can, in some cases, outperform the tensile-face plates in a lower loss of ductility, especially, if the connection between the beam and the side plates is sufficiently stiff.
Park, Jung Min;Kim, Wha Jung;Moon, Tae Sup;Kim, Kyu Suk
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.8
no.4
s.29
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pp.85-94
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1996
This paper investigated structural behaviors of joint of concrete filled steel tube column and P.C reinforced concrete beam through a series of hysteretic behavior experiment. The results are summarised as follows: (1) The joint stiffness of concrete filled square steel tube column and P.C reinforecd beam was higher than that of concrete filled circular steel tube column and P.C reinforecd beam, and it was decreased as the increase of the number of hysteretic cycle. (2) The aspects of the hysteretic behavior in the joint was stable as the increase of the number of hysteretic cycle, and rotation resisting capacity of joint of concrete filled square steel tube column and P.C reinforced concrete beam was higher than those of the concrete filled circular steel tube column and P.C reinforced concrete beam. (3) Some restriction must be put upon the ratio of axial force in this joint model because the load carrying capacity was decreased by flexural and flexural-torsional buckling in case of the ratio of axial force 0.6. (4) The emprical formula to predict the ultimate capacity of joint model to superimpose shearing strength of steel web(H section) and bending strength of reinforced concrete beam was expected.
The composite structures of steel and reinforced concrete, which have been widely used in large-scale concrete structures, werestudied to investigate the cause of unexpected cracks and to verify the composite actions between the two materials. Vertical stiffeners between flanges, studs and dowel bars, stirrups, and concrete strength were chosen as experimental variables in afour-point loading test. The results showed that the vertical stiffener prevented not only the local web buckling, but also bond failures between steel and concrete. It increased the flexural resistance (fracture loads) due to the composite action of two materials, compared withthose of any experimental variable. However, the composite behavior of steel reinforced concrete beam was not affected seriously by additional studs, dowel bars, stirrups, and concrete strength.
One of the most common strategies for retrofitting as-built reinforced concrete (RC) columns is to enlarge the existing section through the application of a new concrete layer reinforced by both steel transverse and longitudinal reinforcements. The present study was dedicated to developing a comprehensive model to predict the seismic behavior of as-built RC jacketed columns. For this purpose, a new sectional model was developed to perform moment-curvature analysis coupled by the plastic hinge method. In this analysis-oriented model, new methodologies were suggested to address the impacts of axial, flexural and shear mechanisms, variable confining pressure, eccentric loading, longitudinal bar buckling, and varying axial load. To consider the effective interaction between core and jacket, the monolithic factor approach was adopted to extent the response of the monolithic columns to that of a respective RC jacket strengthened column. Next, parametric studies were implemented to examine the effectiveness of the main parameters of the RC jacket strategy in retrofitting as-built RC columns. Ultimately, the reliability of the developed analytical model was validated against a series of experimental results of as-built and retrofitted RC columns.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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