Considering the increasing use of tubular profiles in civil construction, this paper highlights the study on the behavior of welded connections between square hollow section column and I-beam, with emphasis on the assessment of the joint stiffness. Firstly, a theoretical analysis of the welded joints has been done focusing on prescriptions of the technical literature for the types of geometries mentioned. Then, a numerical analysis of the proposed joints were performed by the finite element method (FEM) with the software ANSYS 16.0. In this study, two models were evaluated for different parameters, such as the thickness of the cross section of the column and the sizes of cross section of the beams. The first model describes a connection in which one beam is connected to the column in a unique bending plane, while the second model describes a connection of two beams to the column in two bending planes. From the numerical results, the bending moment-rotation ($M-{\varphi}$) curve was plotted in order to determine the resistant bending moment and classify each connection according to its rotational capacity. Furthermore, an equation was established with the aim of estimating the rotational stiffness of welded I beam-to-RHS column connections, which can be used during the structure design. The results show that most of the connections are semi-rigid, highlighting the importance of considering the stiffness of the connections in the structure design.
An unbraced cantilever beam subjected to loads which cause bending about the major axis may buckle in a flexuraltorsional mode by deflecting laterally and twisting. For the efficient design of these structures, design engineers require a simple accurate equation for the elastic flexural-torsional buckling load. Existing solutions for the flexural-torsional buckling of cantilever beams have mainly been derived by numerical methods which are tedious to implement. In this research, an attempt is made to derive a theoretical equation by the energy method using different buckled shapes. However, the results of a finite element flexural-torsional buckling analysis reveal that the buckled shapes for the lateral deflection and twist rotation are different for cantilever beams. In particular, the buckled shape for the twist rotation also varies with the section size. In light of these findings, the finite element flexural-torsional buckling analysis was then used to derive simple accurate equations for the elastic buckling load and moment for cantilever beams subjected to end point load, uniformly distributed load and end moment. The results are compared with previous research and it was found that the equations derived in this study are accurate and simple to use.
In the structural analysis of steel frames, joints are generally considered as rigid or hinged considering their moment transfer ability. However, the first studies conducted with the beginning of the 20th century showed that the joints do not actually fit these two definitions. In reality, a joint behaves between these two extreme points and is called semi-rigid. Including the actual state of the joint in the structural analysis provides significant economic advantages, so the subject is an intense field of study today. However, it does not find enough application area in practice. For this reason, a large-scale literature published from the first studies on the subject to the present has been examined within the scope of the study. Three important points have been identified in order to examine a joint realistically; modelling the load-displacement relationship, performing the structural analysis and how to design. Joint modelling methods were grouped under 7 main headings as analytical, empirical, mechanical, numerical, informational, hybrid and experimental. In addition to the moment-rotation, other important external load effects like axial force, shear and torsion were considered. Various evaluations were made to expand the practical application area of semi-rigid connections by examining analysis methods and design approaches. Dynamic behaviour was also included in the study, and besides column-beam connections, other important connection types such as beam-beam, column-beam-cross, base connection were also examined in this paper.
This paper summarizes the results of full-scale cyclic seismic performance tests on three column-tree type steel moment connections. Each test specimen consisted of a $H-600{\times}200$ beam and a $H-400{\times}400$ column of SS41 (SS400). Key parameter included was column PZ (panel zone) strength relative to beam strength. The seismic performance of specimen with stronger PZ tended to be inferior. Total plastic rotations available in the specimens ranged from 1.8 to 3.0 (% rad). The limited test results in this study seem to support the speculation that permitting PZ yielding shall be more beneficial to enhancing total plastic rotation capacity of the moment connection. Beam flange fracture across the heat affected zone and divot-type pullout of the column flange were observed in the tests. A conceptual mechanical model consistent with observed test results was also sought.
Moments of inertia of limb segments are essential to calculate parameters related to the segmental rotation. To analyze the human motion accurately and specifically, moments of inertia obtained from the individual are required. In this study, a simple method to determine a subject-specific moment of segmental inertia using a dynamometer is introduced. In order to evaluate the method, one male participated to test for his forearm plus hand on a commercial dynamometer. Three passive speeds, i.e. 240, 270, and $300^{\circ}/s$, were chosen to confirm whether the moment of inertia values at each speed approach to a fixed value. The same procedure was repeated on the day after to evaluate whether the method is reproducible. As the results, there were no significant differences among the speeds and between the days. The value of the moment of the forearm inertia was 0.216 $kg{\cdot}m^2$ that is apparently higher compared to values by previous models. Nonetheless, it seems to be acceptable based on our body mass index analysis using reported subject height and mass in each previous study. According to our results, the developed method could be useful to determine the segmental moment of inertia of an individual, showing no significant differences among the speeds and between the days. Thus, we believe that our results are reliable according to two appropriate evaluation procedures. This finding would be helpful to calculate segmental rotation related parameters of an individual.
Recent test results of steel moment connections repaired with a haunch on the bottom side of the beam have been shown to be a very promising solution to enhancing the seismic performance of steel moment-resisting frames. Yet, little is known about the effects of using such a repair scheme on the global seismic response of structures. When haunches are incorporated in a steel moment frame, the response prediction is complicated by the presence of "dual" panel zones. To investigate the effects of a repair on seismic performance, a case study was conducted for a 13-story steel frame damaged during the 1994 Northridge earthquake. It was assumed that only those locations with reported damage would be repaired with haunches. A new analytical modeling technique for the dual panel zone developed by the author was incorporated in the analysis. Modeling the dual panel zone was among the most significant consideration in the analyses. Both the inelastic static and dynamic analyses did not indicate detrimental side effects resulting from the repair. As a result of the increased strength in dual panel zones, yielding in these locations were eliminated and larger plastic rotation demand occurred in the beams next to the shallow end of the haunches. Nevertheless, the beam plastic rotation demand produced by the Sylmar record of 1994 Northridge earthquake was still limited to 0.017 radians. The repair resulted in a minor increase in earthquake energy input. In the original structure, the panel zones should dissipate about 80% (for the Oxnard record) and 70% (for the Sylmar record) of the absorbed energy, assuming no brittle failure of moment connections. After repair, the energy dissipated in the panel zones and beams were about equal.
Jo, Min-Ji;Kim, Dong-Hyun;Han, Dong-Wook;Choi, Eun-Jin;Kim, Ye-Seul;Kim, Yong-Wook
PNF and Movement
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v.17
no.3
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pp.391-399
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2019
Purpose: This study investigated the three-dimensional moment values of the hip joint for subjects with artificial leg length alterations and subjects with unaltered leg lengths. Methods: Forty-two healthy adults (8 men, 34 women) participated in this study. The selected subjects were able to walk normally, had less than a 1 cm leg length discrepancy, and were instructed to wear shoes that fit their feet. The study participants performed 8 dynamic gait trails to measure the hip joint moment using a three-dimensional motion analysis system. Kinetic and dynamic three-dimensional gait analysis data were collected from infrared cameras, and a force plate was used to standardize the weight of each subject. Results: There were significant correlations between the differences in the leg length discrepancy during right extension, right flexion, right internal rotation, and left extension in hip joint moments (p<0.05). There were significant correlations between the differences in shoe conditions during left extension, right flexion, right extension, and right internal rotation in the hip moments (p<0.05). Conclusion: This study suggests that a leg length discrepancy can affect hip joint moment, which may further exacerbate musculoskeletal disorders, such as osteoarthritis in lower extremity joints. Therefore, further studies should be conducted to verify the impact of clinical interventions on differences in hip joint moment values to correct leg length discrepancies and prevent osteoarthritis in lower extremity joints.
Objective: This study aimed to investigate the influence of landing foot orientations on biomechanics of knee joint in order to identify vulnerable positions to non-contact knee injuries during single-legged landing. Method: Seventeen men (age: $20.5{\pm}1.1 years$, height: $175.2{\pm}6.4cm$, weight: $68.8{\pm}5.8kg$) performed single-leg drop landings repeatedly with three different landing foot orientations. They were defined as toe-in (TI) $30^{\circ}$ adduction, neutral (N, neutral), and toe-out (TO) $30^{\circ}$ abduction positions. Results: The downward phase time of TI was significantly shorter than those of N and TO. The flexion and valgus angle of N was greater than those of TI and TO at the moment of foot contact. At the instance of maximum knee flexion, N showed the largest flexion angle, and TO position had the largest varus and external rotation angles. Regarding ground reaction force (GRF) at the moment of foot contact, TO showed the forward GRF, while others showed the backward GRF. TI indicated significantly larger mediolateral GRF than others. As for the maximum knee joint force and joint moment, the main effect of different foot positions was not significant. Conclusion: TI and TO might be vulnerable positions to knee injuries because both conditions might induce combined loadings to knee joint. TI had the highest mediolateral GRF with a shortest foot contact time, and TO had induced a large external rotation angle during downward phase and the peak forward GRF at the moment of foot contact. Conclusively, N is the preferred landing foot orientation to prevent non-contact knee injuries.
It is generally accepted that, in the interest of safety, it is essential to provide a minimum level of flexural ductility, which will allow energy dissipation and moment redistribution as required. If one wishes to be uniformly conservative across all of the design variables, curvature ductility and moment redistribution factor should be calculated using a probabilistic method, as is the case for other design parameters in reinforced concrete mechanics. In this study, simple expressions are derived for the evaluation of curvature ductility and moment redistribution factor, based on the concept of demand and capacity rotation. Probabilistic models are then derived for both the curvature ductility and the moment redistribution factor, by means of central limit theorem and through taking advantage of the specific behaviour of moment redistribution factor as a function of curvature ductility and plastic hinge length. The Monte Carlo Simulation (MCS) method is used to check and verify the results of the proposed method. Although some minor simplifications are made in the proposed method, there is a very good agreement between the MCS and the proposed method. The proposed method could be used in any future probabilistic evaluation of curvature ductility and moment redistribution factors.
Kim, Sung-Wan;Jeon, Bub-Gyu;Cheung, Jin-Hwan;Kim, Seong-Do
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.23
no.6
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pp.77-83
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2019
Upon installing a seismic isolation device on a nuclear power plant, the device takes on the suppression of seismic loads. This is expected to bring about a larger displacement than what is seen prior to the installation of the seismic isolation device. Depending on the displacement change, the seismic risk for some equipment can increase. Particularly in case of the piping system, which is used for connecting the structure isolated from seismic events with common structures, the seismic risk is expected to rise significantly. In this study, the limit state of the steel pipe tee, which is a vulnerability part of the nuclear power plant piping system, was defined as leakage, and an in-plane cyclic loading test was conducted. As it is difficult to measure the moment and rotation of the steel pipe tee using the conventional sensors, an image signal was used. This study proposed a leakage line and low-cycle fatigue curves using the relationship between the moment and the rotation of a 3-inch steel pipe tee.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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