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.
Attempts were made to analyze the behavior of single and multiple-bolted connections through theoretical methods such as European yield theory, empirical approaching method, and semi-rigid theory instead of many experimental methods that have been actually inefficient and non-economical. In the case of a single-bolted connection, if accurate characteristic values of a material could be guaranteed, it would be more convenient and economical to perform the behavior analysis using a model based on the semi-rigid theory, instead of the existing complex yield model, or the empirical formula which produces errors, giving different results from the actual ones. If the variables of equation determining the load and deformation could be appropriately controlled, the analytical method in conjunction with a semi-rigid theory could be effectively applied to obtain the desirably predicted value, considering that the appropriate solution could be derived through a simpler equation using a less difficult method compared to the existing yield model. It is concluded that analytical method with semi-rigid theory can be used in the behavior analysis of bolted connection because our developed method showed excellent analysis ability of behavior until number of bolt is two. Although our analytical method has the disadvantage that the number of bolt is limited to two, it is concluded that it has the advantage than numerical method which complicated and time-consuming.
Hadianfard, Mohammad Ali;Eskandari, Fateme;JavidSharifi, Behtash
Steel and Composite Structures
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v.28
no.3
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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.
In engineering practice, tubular connections are usually assumed pinned or rigid. Recent research showed that tubular joints may exhibit non-rigid behavior under axial or bending loads. This paper is concerned with establishing a new classification for tubular joints and investigating the effect of joint rigidity on the global behavior of CHS (Circular Hollow Section) lattice girders. Parametric formulae for predicting tubular joint rigidities are proposed, which are based on the finite element analyses through systematic variation of the main geometric parameters. Comparison with test results proves the reliability of these formulae. By considering the deformation patterns of respective parts of Vierendeel lattice girders, the boundary between rigid and semirigid tubular connections is built in terms of joint bending rigidity. In order to include characteristics of joint rigidity in the global structural analysis, a type of semirigid element which can effectively reflect the interaction of two braces in K joints is introduced and validated. The numerical example of a Warren lattice girder with different joint models shows the great effect of tubular joint rigidities on the internal forces, deformation and secondary stresses.
A method is presented in this paper to analyze the dynamic response behavior of suspended building structures. The effect of semi-rigid connections that link suspended floors with their supporting structure on structural performance is investigated. The connections, like the restrains in non-structural suspended components, are designed as semi-rigid to avoid pounding and as energy dissipation components to reduce structural response. Parametric study is conducted to assess the dynamic characteristics of suspended building structures with varying connection stiffness and suspended mass ratios. Modal analysis is applied to identify the two distinct sets of vibration modes, pendulum and bearing, of a suspended building structure. The cumulative modal mass is discussed to ensure the accuracy in applying the method of response spectrum analysis by SRSS or CQC modal combination. Case studies indicate that a suspended building having semi-rigid connections and proper suspended mass ratios can avoid local pounding failure and reduce seismic response.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.3
no.1
s.7
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pp.87-97
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2003
The structural system that discreterized from continuous shells is frequently used to make a large space structures. As well these structures show the unstable phenomena when a load level over the limit load, and snap-through and bifurcation are most well known of it. For the collapse mechanism, rise-span ratio, element stiffness and load mode are main factor, which it give an effect to unstable behavior. In our real situation, most structures have semi-rigid joint that has middle characteristic between pin and rigid joint. So the knowledge of semi-rigid joint is very important problem of stable large space structure. And the instability phenemena of framed space structures show a strong non-linearity and very sensitive behavior according to the joint rigidity For this reason In this study, we are investigating to unstable problem of framed structure with semi-rigidity and to grasp the nonlinear instability behavior that make the fundamental collapse mechanism of the large space frame structures with semi-rigid joint, by proposed the numerical analysis method. Using the incremental stiffness matrix in chapter 2, we study instability of space structures.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1999.10a
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pp.403-410
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1999
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.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1997.10a
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pp.111-118
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1997
Generally, H-section is used for columns and beams in the middle and low building steel structure, But it has a axis and a weak axis. Thus if H-section is used for columns, the structure needs reinforcement on the weak axis. Therefore recently, square hollow section(S.H.S) is used for columns because it is able to cover the vulnerability of H-section. Structural analysis is usually executed under the assumption that connections are either ideally pinned joint or fully 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 with Kishi-Chen Power Model about the behavior of connection between H-beam and S.H.S column in the previous experimental paper. It also suggests the new analysis algorithm considering the non-linear of semi-rigid connection and the geometrical non-linear under the effect of axial force.
In seismic analysis of moment-resisting frames, beam-column connections are often modeled with rigid joint zones. However, it has been demonstrated that, in ductile reinforced concrete (RC) moment-resisting frames designed based on current codes (to say nothing of older non-ductile frames), the joint zones are in fact not rigid, but rather undergo significant shear deformations that contribute greatly to global drift. Therefore, the "rigid joint" assumption may result in misinterpretation of the global performance characteristics of frames and could consequently lead to miscalculation of strength and ductility demands on constituent frame members. The primary objective of this paper is to propose a rational method for estimating the hysteretic joint shear behavior of RC connections and for incorporating this behavior into frame analysis. The authors tested four RC edge beam-column-slab connection subassemblies subjected to earthquake-type lateral loading; hysteretic joint shear behavior is investigated based on these tests and other laboratory tests reported in the literature. An analytical scheme employing the modified compression field theory (MCFT) is developed to approximate joint shear stress vs. joint shear strain response. A connection model capable of explicitly considering hysteretic joint shear behavior is then formulated for nonlinear structural analysis. In the model, a joint is represented by rigid elements located along the joint edges and nonlinear rotational springs embedded in one of the four hinges linking adjacent rigid elements. The connection model is able to well represent the experimental hysteretic joint shear behavior and overall load-displacement response of connection subassemblies.
A series of model tests was performed to find the characteristics of lateral behavior of single rigid pile. This paper shows the results of model tests on the lateral behavior of single rigid driven pile in non-homogeneous(two layered) Nak-Dong River sands. The purpose of this paper is to investigate the effect of the ratio of lower layer thickness to embedded pile length, the coefficient ratio of the subgrade reaction and the pile construction conditions(driven & embedded piles) on the characteristics of lateral behavior of single pile. The results of model tests show that the lateral behavior in non-homogeneous soil depends upon drop energy considerably, that is, in the case of H/L=0.75, as the drop energy increases three times the decrease percentage increases about 2.12 times. In the driven pile with non-homogeneous soil of $E_{h1}/E_{h2}=5.56$, the effect of upper layer with large stiffness on the decrease of lateral deflection is remarkably smaller than embedded pile. In non-homogeneous soil, the maximum bending moment of driven pile is in the range of 100 132% in comparison with embedded pile. The reason is that the stiffness of soil around pile increases with drop vibration and so the pile behavior is similar to the flexible pile behavior by means of the increase of relative stiffness of pile, In this paper, the experimental equations for lateral load and H/L on $y_D/y_E \; & \; MBM_D/MBM_E$ are suggested from model tests.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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