The unexpected seismic interaction of dry-assembled precast concrete frame structures typical of the European heritage with their precast cladding panels brought to extensive failures of the panels during recent earthquakes due to the inadequateness of their connection systems. Following this recognition, an experimental campaign of cyclic and pseudo-dynamic tests has been performed at ELSA laboratory of the Joint Research Centre of the European Commission on a full-scale prototype of precast structure with vertical and horizontal cladding panels within the framework of the Safecladding project. The panels were connected to the frame structure by means of innovative arrangements of fastening systems including isostatic, integrated and dissipative. Many of the investigated configurations involved a strong frame-cladding interaction, modifying the structural behaviour of the frame turning it into highly non-linear since small deformation. In such cases, properly modelling the connections becomes fundamental in the framework of a design by non-linear dynamic analysis. This paper presents the peculiarities of the numerical models of precast frame structures equipped with the various cladding connection systems which have been set to predict and simulate the experimental results from pseudo-dynamic tests. The comparison allows to validate the structural models and to derive recommendations for a proper modelling of the different types of existing and innovative cladding connection systems.
Hadianfard, Mohammad Ali;Eskandari, Fateme;JavidSharifi, Behtash
Steel and Composite Structures
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제28권3호
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pp.309-318
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2018
Buckling Restrained Braced (BRB) frames have been widely used as an efficient seismic load resisting system in recent years mostly due to their symmetric and stable hysteretic behavior and significant energy dissipation capacity. In this study, to provide a better understanding of the behavior of BRB frames with various beam-column connections, a numerical study using non-linear finite element (FE) analysis is conducted. All models are implemented in the Abaqus software package following an explicit formulation. Initially, the results of the FE model are verified with experimental data. Then, diverse beam-column connections are modeled for the sake of comparison from the shear capacity, energy dissipation and frame hysteresis behavior points of view until appropriate performance is assessed. The considered connections are divided into three different categories: (1) simple beam-column connections including connection by web angle and connection by seat angle; (2) semi-rigid connection including connection by web and seat angles; and (3) rigid beam-column connections by upper-lower beam plates and beam connections with web and flange splices. Results of the non-linear FE analyses show that these types of beam-column connections have little effect on the maximum story drift and shear capacity of BRB frames. However, the connection type has a significant effect on the amount of energy dissipation and hysteresis behavior of BRB frames. Also, changes in length and thickness of the angles in simple and semi-rigid connections and changes in length and thickness of plates in rigid connections have slight effects (less than 4%) on the overall frame behavior.
Kolsek, Jerneja;Hozjan, Tomaz;Kroflic, Ales;Saje, Miran;Planinc, Igor
Steel and Composite Structures
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제16권6호
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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.
The Big Bang-Big Crunch (BB-BC) optimization algorithm is developed for optimal design of non-linear steel frames with semi-rigid beam-to-column connections. The design algorithm obtains the minimum total cost which comprises total member plus connection costs by selecting suitable sections. Displacement and stress constraints together with the geometry constraints are imposed on the frame in the optimum design procedure. In addition, non-linear analyses considering the P-${\Delta}$ effects of beam-column members are performed during the optimization process. Three design examples with various types of connections are presented and the results show the efficiency of using semi-rigid connection models in comparing to rigid connections. The obtained optimum semi-rigid frames are more economical solutions and lead to more realistic predictions of response and strength of the structure.
In this paper we study the growth of solutions of some non-linear complex differential equations in connection to Brück conjecture using the theory of complex differential equation.
Semi-rigid connections are the actual behavior of beam-to-column connections in steel frames. However, the behavior of semi-rigid connections is not taken into account for the simplicity in the conventional analysis and design of steel frames. A computer-based analysis and design has been studied for the three-dimensional steel frames with semi-rigid connections. The nonlinear analysis which includes the effects of the flexibility of connections is used for this study. It is designed according to the buckling and combined stress constraints under the present loading after the joint deformations and the member end forces of the space frame are determined by the stiffness matrix method. The semi-rigid connection type is limited to the top and bottom angles with a double web angle connection. The Frye-Morris polynomial model is used to describe the non-linear behavior of semi-rigid connections. Various design examples are presented to demonstrate the efficiency of the method. The results of design and analysis of unbraced semi-rigid frames are compared to the results of unbraced rigid frames under the same design requirements.
본 연구에서는 풍력타워 지지구조 연결부 1/12.5 축소모형 실험체의 압축거동을 실험적으로 분석하였다. 압축강도 140MPa의 고성능 시멘트계 그라우트를 연결부에 충전하였으며, 전단키 간격, 형상과 연결부 길이를 변수로 하여 실험을 수행하였다. 연결부 내의 전단키의 개수가 동일한 경우 연결부 길이보단 전단키의 간격이 작을수록 부착전단강도가 높게 나타났으며, 동일한 간격과 연결부 길이에서는 전단키의 높이가 높을수록 강도가 높게 나타났다. 또한 연결부 슬립량 1.0mm 내외까지 선형거동을 한 후 하중이 증가함에 따라 비선형 거동을 한후 7.0mm 내외의 슬립에서 최대 강도에 도달하는 것으로 나타났다. 전단키의 형상과 간격 등에 따라 강도가 증가함에 따라 파괴형태는 계면전단파괴에서 그라우트 파괴로 변화하는 것으로 나타났으며, 강섬유에 의해 취성적인 파괴는 발생하지 않는 것으로 나타났다.
General1y, H-section is used for columns and beams in the middle and low steel building, But it has a strong and weak axis. Thus if H-section is used for columns, the structure needs reinforcement on the weak axis. Therefore recently, square holler section(S.H.S) is used for columns because it is able to coiler the vulnerability of H-section. Structural analysis is usually executed under the assumption that connections are either ideally pinned joint or fully rigid joint. Actually all connections are semi-rigid which possess a rotational stiffness. Therefore it can be designed economically as using the property of connections which has a rotational stiffness. This paper presents a prediction model curve which is fitted Kishi-Chen power Model about the behavior of connection between H-beam and S.H.S column. Non-linear analysis program was considered the non-linearity of semi-rigid connection and the geometrical non-linearity under the effect of axial force. It was programed by FORTRAN90 and Visual Basic.
강구조 비가새 골조의 접합부로서 반강접합부를 적용하게 되면 접합부의 비선형적인 모멘트-회전각 관계는 강구조 비가새 골조의 거동($P-\Delta$ 효과) 및 안정성에 영향을 미치게 된다. 따라서 본 연구에서는 이러한 접합부 비선형 거동이 골조의 거동 및 안정성에 미치는 영향을 2차 비탄성 해석을 통하여 고찰하고, 안정성에 영향을 미치는 주요 인자 및 그 경향들을 분석하였다. 연구 결과 접합부의 비선형 거동은 골조의 안정성에 직접적인 영향을 미치는 것으로 나타났으며 주요 영향인자는 접합부의 회전강성, 반강접합부의 적용 위치 등으로 나타났다.
Use of composite steel construction with precast hollow core slabs is now popular in the UK, but the present knowledge in shear capacity of the headed shear studs for this type of composite construction is very limited. Currently, all the information is based on the results obtained from experimental push-off tests. A finite element model to simulate the behaviour of headed stud shear connection in composite beam with precast hollow core slabs is described. The model is based on finite element method and takes into account the linear and non-linear behaviour of all the materials. The model has been validated against the test results, for which the accuracy of the model used is demonstrated. Parametric studies showing the effect of the change in transverse gap size, transverse reinforcement diameter and in-situ concrete strength on the shear connection capacity are presented.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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