Prestressed concrete bridges with corrugated steel webs have emerged as one of the promising bridge forms. This structural form provides excellent structural efficiency with the concrete flanges primarily taking bending and the corrugated steel webs primarily taking shear. In the design of this type of bridges, the flexural ductility and deformability as well as strength need to be carefully examined. Evaluation of these safety-related attributes requires the estimation of full-range behaviour. In this study, the full-range behaviour of beam sections with corrugated steel webs is evaluated by means of a nonlinear analytical method which uses the actual stress-strain curves of the materials and considers the path-dependence of materials. In view of the different behaviour of components and the large shear deformation of corrugated steel webs with negligible longitudinal stiffness, the assumption that plane sections remain plane may no longer be valid. The interaction between shear deformation and local bending of flanges may cause additional stress in flanges, which is considered in this study. The numerical results obtained are compared with experimental results for verification. A parametric study is undertaken to clarify the effects of various parameters on ductility, deformability and strength.
Torabi, Ali Reza;Shams, Shahrokh;Fatehi-Narab, Mahdi
Steel and Composite Structures
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v.39
no.5
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pp.543-564
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2021
In this study free vibration analysis of a cracked Goland composite wing is investigated. The wing is modelled as a cantilevered beam based on Euler- Bernoulli equations. Also, composite material is modelled based on lamina fiber-reinforced. Edge crack is modelled by additional boundary conditions and local flexibility matrix in crack location, Castigliano's theorem and energy release rate formulation. Governing differential equations are extracted by Hamilton's principle. Using the separation of variables method, general solution in the normalized form for bending and torsion deflection is achieved then expressions for the cross-sectional rotation, the bending moment, the shear force and the torsional moment for the cantilevered beam are obtained. The cracked beam is modelled by separation of beam into two interconnected intact beams. Free vibration analysis of the beam is performed by applying boundary conditions at the fixed end, the free end, continuity conditions in the crack location of the beam and dynamic stiffness matrix determinant. Also, the effects of various parameters such as length and location of crack and fiber angle on natural frequencies and mode shapes are studied. Modal analysis results illustrate that natural frequencies and mode shapes are affected by depth and location of edge crack and coupling parameter.
Linfeng Lu;Songlin Ding;Yuzhou Liu;Zhaojia Chen;Zhongpeng Li
Steel and Composite Structures
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v.47
no.3
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pp.375-382
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2023
The H-shaped steel beam is popular due to its ease of manufacturing and connection to the column. This profile, which is used as a shallow beam, needs the high weak-axis bending stiffness and torsional stiffness to meet the overall stability. Achieving the local beam flange stability, bearing capacity, bending stiffness, and torsional requirements need a great thickness and width of the beam flange, which causes, which will cause more uneconomical structural design. So, the box-section beam is the ideal alternative. However, the current design specifications do not have design rules for the bolt-and-welded connection of the box-section beam and box-section column. The paper proposes a novel bolt-and-welded connection of the box-section beams and box-section columns based on a high-rise structural design scheme. Three connection models, BASE, WBF, and RBS, are analyzed under cyclic loading in ABAQUS software. The failure modes, hysteresis response, bearing capacity, ductility, plastic rotation angle, energy dissipation, and stiffness degradation of all models are determined and compared. Compared with the other two models, the model WBF exhibited excellent seismic performance, ductility, and plastic rotation ability. Finally, model WBF was chosen as the connection scheme used in the project design.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.36
no.3
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pp.313-318
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2012
In CANDU, feeder pipes supply heavy water to pressure tube and steam generator. Under service conditions, Flow-Accelerated Corrosion (FAC) produces local wall-thinning in the feeder pipes. The wall-thinning in these pipes affects the integrity of the piping system, as verified in previous research. This paper provides limit loads for wallthinned feeder pipes with $45^{\circ}$ and $60^{\circ}$ bend angles, and proposes an equation that predicts the limit loads for wallthinned feeder pipes with arbitrary bend angles. On the basis of finite element limit analyses, limit loads are obtained for wall-thinned feeder pipes under in-plane bending and internal pressure. There are two cases of in-plane bending: the in-plane closing direction and the in-plane opening direction. The material is considered the effect of the large deformation, so an elastic-perfectly-plastic material is assumed in the calculations.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.54
no.4
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pp.352-359
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2017
Because the Energy Efficiency Design Index(EEDI) came into effect in 2013, it is necessary to develop a new technology to overcome $CO_2$ emission regulations. In structural design viewpoint, lots of researches are carried out to develop eco-friendly and high fuel efficiency ships by weight reduction. By using the automated compartment arrangement system and automated structural design algorithm which were developed by the authors, new researches are performing to combine the above two systems. However, the effect of weight reduction was not significant because structural designs by using these systems for the midship part was carried out only focused on the minimum still water bending moment. In this paper, at first, good compartment arrangements which give the minimum still water bending moment and(or) shear force were chosen by using the automated compartment system. And then, influence of shear force on weight reduction was investigated by using the automated structural design algorithm considering longitudinal strength, local strength and shear strength of longitudinal members in cargo holds. Conclusively, it is necessary to consider the minimum still water bending moment and shear force simultaneously to reduce the weight of mid-sized bulk carrier. Also, good compartment arrangement which gives much more weight reduction compared with existing ship was proposed.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.49
no.10
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pp.813-820
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2021
In this study, a low-velocity impact test was performed to obtain the dynamic properties of solid propellants. The dynamic behavior of the solid propellant was examined by measuring the force and displacement of the impactor during the low-velocity impact test. The bending displacement was calculated by compensating for the local displacement caused by the low-velocity impact test in the form of three point bending and the shear displacement caused by using a short and thick solid propellant specimen. Stress and strain were calculated using compensated displacements and measured force, and dynamic properties of solid propellants were obtained from the stress-strain curve and compared with static bending test. The dynamic properties of solid propellant under the low-velocity impact loading at various operating temperature conditions such as room temperature(20 ℃), high temperature(63 ℃), and low temperature(-32 ℃) were compared and investigated.
In recent years, the use of cross laminated timber (CLT) has been evolving. In addition, CLT manufactured with various species such as Japanese cedar has been developed to utilize the local resources in each country. However most factories in Japan produce CLT by bonding the laminae in width direction for orthogonal layers, where grain of element is perpendicular to the grain of outer layer, and this process is considered to be one of the factors that reduce productivity. A new wood based material (hereinafter referred to as Ply-lam) using wooden panel such as plywood for the orthogonal layer was developed in order to improve productivity in CLT manufacturing and improve quality. Japanese cypress lamina was used for the parallel layer, where grain of element is parallel to the grain of outer layer, of CLT and Korean larch plywood was used for the orthogonal layer, in order to effectively use Korean larch and expand the utilization of Japanese cypress. The cross-sectional construction of the Ply-lam was 5-layers 5-plies, and the dimensions were 1000 mm (width) × 150 mm (depth) × 4000 mm (length). As a performance evaluation of the manufactured Ply-lam, strength tests such as out-of-plane bending, in-plane bending, out-of-plane shearing and in-plane shearing tests were carried out. As the result of this study, Ply-lam composed of Japanese cypress lamina panels and Korean larch plywood showed very higher out-of-plane bending strength compared to the standard strength of CLT. And the result obtained in other tests seems to show a sufficiently high value.
Stiffened steel plates are basic structural members on the deck and bottom structure in ship, offshore. It has a number of one sided stiffeners in either one or both directions, the latter structure was called grillage structure. At the ship structural desgn stage, one of the major consideration is evaluation for ultimate strength of the hull girder. In general, it is accepted that hull girder strength can be represented by the local strength of the longitudinal stiffened panel. In case of considering hogging condition in a stormy sea, stiffened panel was acting on the bottom structure under axial compressive load induced hull girder bending moment, also simultaneously arising local bending moment induced lateral pressure load. In this paper, results of the structural analysis have been compared with another detailed FEA program and prediction from design guideline and a series analysis was conducted consideration of changing parameters for instance, analysis range, cross-section of stiffener, web height and amplitude of lateral pressure load subjected to combined load (axial compression and lateral pressure load). It has been found that finite element modeling is capable of predicting the behaviour and ultimate load capacity of a simply supported stiffened plate subjected to combined load of axial compression and lateral pressure load It is expected that these results will be used to examine the effect of interaction between lateral pressure and axial loads for the ultimate load-carrying capacity based on the Ultimate Limit State design guideline.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.7
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pp.1200-1209
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2003
In this paper, a unified methodology based on the local stress concept to estimate residual strength of locally thinned pipes. An underlying idea of the proposed methodology is that the local stress in the minimum section for locally thinned pipe is related to the reference stress, popularly used in creep problems. Then the problem remains how to define the reference stress, that is the reference load. Extensive three-dimensional finite element (FE) analyses were performed to simulate full-scale pipe tests conducted for various shapes of wall thinned area under internal pressure and bending moment. Based on these FE results, the reference load is proposed, which is independent of materials. A natural outcome of this method is the maximum load capacity. By comparing with existing test results, it is shown that the reference stress is related to the fracture stress, which in turn can be posed as the fracture criterion of locally thinned pipes. The proposed method is powerful as it can be easily generalised to more complex problems, such as pipe bends and tee-joints.
Salem, Adel Helmy;Sayed-Ahmed, Ezzeldin Yazeed;El-Serwi, Ahmed Abdelsalam;Korashy, Mohamed Mostafa
Steel and Composite Structures
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v.4
no.5
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pp.367-384
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2004
A numerical model based on the finite element technique is adopted to investigate the behavior and strength of thin-walled I-section beam-columns. The model considers both the material and geometric nonlinearities. The model results were first verified against some of the currently available experimental results. A parametric study was then performed using the numerical model and interaction diagrams for the investigated beam-columns have been presented. The effects of the web depth-to-thickness ratio, flange outstand-to-thickness ratio and bending moment-to-normal force ratio on the ultimate strength of thin-walled I-section beam-columns were scrutinized. The interaction equations adopted for beam columns design by the NAS (North American Specifications for the design of cold formed steel structural members) have been critically reviewed. An equation for the buckling coefficient which considers the interaction between local buckling of the flange and the web of a thin-walled I-section beam-column has been proposed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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