Exterior beam-column joints are structural elements that ensure connection between beams and columns. The joint strength is generally assumed to be governed by the structural element of lowest load capacity (beam or column), however, the joint may be the weakest link. The joint shear behavior is still not well understood due to the influence of several variables, such as geometry of the connection, stress level in the column, concrete strength and longitudinal beam reinforcement. A parametrical study based only on experiments would be impracticable and not necessarily exposes the failure mechanisms. This paper reports on a set of numerical simulations conducted in DIANA$^{(R)}$ software for the investigation of the shear strength of exterior joints. The geometry of the joints and stress level on the column are the variables evaluated. Results have led to empirical expressions that provide the shear strength of unreinforced exterior beam-column joints.
The substance of the use of the derived non-linear creep constitutive equations under variable stress levels (see first part of the paper, Kmet 2004) is explained and the strategy of their application is outlined using the results of one-step creep tests of the steel spiral strand rope as an example. In order to investigate the creep strain increments of cables an experimental set-up was originally designed and a series of tests were carried out. Attention is turned to the individual main steps in the production and application procedure, i.e., to the one-step creep tests, definition of loading history, determination of the kernel functions, selection and definition of constitutive equation and to the comparison of the resulting values considering the product and the additive forms of the approximation of the kernel functions. To this purpose, the parametrical study is performed and the results are presented. The constitutive equations of non-linear creep of cable under variable stress history offer a strong tool for the real simulation of stochastic variable load history and prediction of realistic time-dependent response (current deflection and stress configuration) of structures with cable elements. By means of suitable stress combination and its gradual repeating various loads and times effects can be modelled.
Denise-Penelope N. Kontoni;Ali Ghamari;Chanachai Thongchom
Steel and Composite Structures
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제47권2호
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pp.185-201
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2023
Despite the high lateral stiffness and strength of the Concentrically Braced Frame (CBF), due to the buckling of its diagonal members, it is not a suitable system in high seismic regions. Among the offered methods to overcome the shortcoming, utilizing a metallic damper is considered as an appropriate idea to enhance the behavior of Concentrically Braced Frames (CBFs). Therefore, in this paper, an innovative steel damper is proposed, which is investigated experimentally and numerically. Moreover, a parametrical study was carried out to evaluate the effect of the mechanism (shear, shear-flexural, and flexural) considering buckling mode (elastic, inelastic, and plastic) on the behavior of the damper. Besides, the necessary formulas based on the parametrical study were presented to predict the behavior of the damper that they showed good agreement with finite element (FE) results. Both experimental and numerical results confirmed that dampers with the shear mechanism in all buckling modes have a better performance than other dampers. Accordingly, the FE results indicated that the shear damper has greater ultimate strength than the flexural damper by 32%, 31%, and 56%, respectively, for plates with elastic, inelastic, and plastic buckling modes. Also, the shear damper has a greater stiffness than the flexural damper by 43%, 26%, and 53%, respectively, for dampers with elastic, inelastic, and plastic buckling modes.
Despite the considerable lateral stiffness and strength of the Concentrically Braced Frame (CBF), it suffers from low ductility and low seismic dissipating energy capacity. The buckling of the diagonal members of the CBF systems under cyclic loading ended up to the shortcoming against seismic loading. Comprehensive researches have been performing to achieve helpful approaches to prevent the buckling of the diagonal member. Among the recommended ideas, metallic damper revealed a better success than other ideas to enhance the behavior of CBFs. While metallic dampers improve the behavior of the CBF system, they increase constructional costs. Therefore, in this paper, a new steel damper with flexural mechanism is proposed, which is investigated experimentally and numerically. Also, a parametrical revision was carried out to evaluate the effect of thickness, slenderness ratio, angle of the main plate, and height of the main plates on the proposed damper. For the parametrical study, 45 finite element models were analyzed and considered. Experimental results, as well as the numerical results, indicated that the proposed damper enjoys a stable hysteresis loop without any degradation up to a high rotation equal to around 31% that is significantly considerable. Moreover, it showed a suitable performance in case of ductility and energy dissipating. Besides, the necessary formulas to design the damper, the required relations were proposed to design the elements outside the damper to ensure the damper acts as a ductile fuse.
An experimentally measured single footfall trace (SFT) from a walking subject needs to be extended into a continuous force curve, which can then be used as load for floor vibration serviceability assessment, or on which further analysis like discrete Fourier transform can be conducted. This paper investigates the accuracy, applicability and parametrical sensitivity of four extension methods, Methods I to IV, which extends the SFT into a continuous time history by the walking step rate, stride time, double support proportion and the double support time, respectively. Performance of the four methods was assessed by comparing their results with the experimentally obtained reference footfall traces in the time and frequency domain, and by comparing the vibrational response of a concrete slab subjected to the extended traces to that of reference traces. The effect of the extension parameter on each method was also explored through parametrical analysis. This study finds that, in general, Method I and II perform better than Method III and IV, and all of the four methods are sensitive to their extension parameter. When reliable information of walking rate or gait period is available in the test, Methods I or II is a better choice. Otherwise, Method III, with the suggested extension parameter of double support time proportion, is recommended.
Stability is a very important part which we must consider in structural design. In this paper, we take advantage of finite element method, and study about parametrical instability of star-dome structures, which is subjected to harmonically pulsating load. When calculating stiffness matrix, we consider elastic stiffness and geometrical stiffness simultaneously. In equation of motion, we represent displacements and accelerations by trigonometric series expansions, and then obtain Hill's infinite determinants. After first order approximation, we can get first and second order dynamic instability region finally.
Methane carbon dioxide reforming (MCDR) is a promising way of utilizing greenhouse gas for hydrogen-rich fuel production. Compared with other types of reactors, Compact Reformers (CRs) are efficient for fuel processing. In a CR, a thin solid plate is placed between two porous catalyst layers to enable efficient heat transfer between the two catalyst layers. In this study, the physical and chemical processes of MCDR in a CR are studied numerically with a 2D numerical model. The model considers the multi-component gas transport and heat transfer in the fuel channel and the porous catalyst layer, and the MCDR reaction kinetics in the catalyst layer. The finite volume method (FVM) is used for discretizing the governing equations. The SIMPLEC algorithm is used to couple the pressure and the velocity. Parametrical simulations are conducted to analyze in detail the effects of various operating/structural parameters on the fuel processing behavior.
The lowest critical value of the compressive force acting in the plane of symmetrically laminated quasi-isotropic thin rectangular plates is investigated. The critical buckling loads of plates with different types of lamination and aspect ratios are parametrically calculated. Finite Differences Method (FDM) and Galerkin Method are used to solve the governing differential equation for Classical Laminated Plate Theory (CLPT). The results calculated are compared with those obtained by the software ANSYS employing Finite Elements Method (FEM). The results of Galerkin Method (GM) are closer to FEM results than those of FDM. In this study, the primary aim is to conduct a parametrical performance analysis of proper plates that is typically conducted at preliminary structural design stage of composite vessels. Non-dimensional values of critical buckling loads are also provided for practical use for designers.
Stability is a very important part which we must consider in structural design. In this paper, we take advantage of finite element method to study parametrical instability of lattice dome structures, which is subjected to harmonically pulsating load. We consider elastic stiffness and geometrical stiffness simultaneously during the calculation of stiffness matrix, and adopt consistent mass matrix to make the solution more correct. In order to obtain instability regions, we represent displacements and accelerations in dynamic equation by trigonometric series expansions, and then obtain Hill's infinite determinants. After first order approximation, we can get first and second order dynamic instability regions eventually. Finally, we take 24-bar star dome and 90-bar lamella dome as examples to investigate dynamic instability phenomena.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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