Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.3
no.3
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pp.213-222
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1999
On condition that opening located at high shear strength position in H-shaped steel beams with web opening, beams are structurally to be frailed so necessity and efficiency of vertical reinforcement to add horizontal reinforcement already published ahead study. Up to the present study of web opening beams, limited one opening which located in comparatively small shear strength position. But frequently opening area is enlargement by necessity, so width of opening is larger by limit of depth or increasing number of opening. This study carry out experiment to make efficient reinforcing method about strength and deformation of steel beams with web openings. Parameters of this study are openings location, ratio of opening width within opening height and various reinforcing types.
Shekastehband, Behzad;Azaraxsh, Ali A.;Showkati, Hossein
Steel and Composite Structures
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v.25
no.4
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pp.505-521
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2017
The steel plate shear wall with beam-only connected infill plate (SSW-BO) is an innovative lateral load resisting system consisting of infill plates connected to surrounding beams and separated from the main columns. In this research, the effects of perforation diameter as well as slenderness ratios of infill plates on the hysteresis behavior of SSW-BO systems were studied experimentally. Experimental testing is performed on eight one-sixth scaled one-story SSW-BO specimens with two plate thicknesses and four different circular opening ratios at the center of the panels under fully reversed cyclic quasi-static loading in compliance with the SAC test protocol. Strength, stiffness, ductility and energy absorption were evaluated based on the hysteresis loops. It is found that the systems exhibited stable hysteretic behavior during testing until significant damage in the connection of infill plates to surrounding beams at large drifts. It is also seen that pinching occurred in the hysteresis loops, since the hinge type connections were used as boundaries at four corners of surrounding frames. The strength and initial stiffness degradation of the perforated specimens containing opening ratio of 0.36 compared to the solid one is in the range of 20% to 30% and 40% to 50%, respectively.
It is common practice to use Reduced Web Beam Sections (RWBS) in steel moment resisting frames. Perforation of beam web in these members may cause stress and strain concentration around the opening area and facilitate ductile fracture under cyclic loading. This paper presents a numerical study on the cyclic fracture of these structural components. The considered connections are configured as T-shaped assemblies with beams of elongated circular perforations. The failure of specimens under Ultra Low Cycle Fatigue (ULCF) condition is simulated using Cyclic Void Growth Model (CVGM) which is a micromechanics based fracture model. In each model, CVGM fracture index is calculated based on the stress and strain time histories and then models with different opening configurations are compared based on the calculated fracture index. In addition to the global models, sub-models with refined mesh are used to evaluate fracture index around the beam to column weldment. Modeling techniques are validated using data from previous experiments. Results show that as the perforation size increases, opening corners experience greater fracture index. This is while as the opening size increases the maximum observed fracture index at the connection welds decreases. However, the initiation of fracture at connection welds occurs at lower drift angles compared to opening corners. Finally, a probabilistic framework is applied to CVGM in order to account for the uncertainties existing in the prediction of ductile fracture and results are discussed.
Alaa A. Abdelrahman;Hanaa E. Abd-El-Mottaleb;Mohamed G. Elblassy;Eman A. Elshamy
Steel and Composite Structures
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v.49
no.6
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pp.667-684
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2023
In the context of finite element method, a computational simulation is presented to study and analyze the dynamic behavior of regularly perforated functionally graded rotating beam for the first time. To investigate the effect of perforation configurations, both regular circular and squared perforation patterns are studied. To explore impacts of graded material distributions, both axial and transverse gradation profiles are considered. The material characteristics of graded materials are assumed to be smoothly and continuously varied through the axial or the thickness direction according the nonlinear power gradation law. A computational finite elements procedure is presented. The accuracy of the numerical procedure is verified and compared. Resonant frequencies, axial displacements as well as internal stress distributions throughout the perforated graded rotating cantilever beam are studied. Effects of material distributions, perforation patterns, as well as the rotating beam speed are investigated. Obtained results proved that the graded material distribution has remarkable effects on the dynamic performance. Additionally, circular perforation pattern produces more softening effect compared with squared perforation configuration thus larger values of axial displacements and maximum principal stresses are detected. Moreover, squared perforation provides smaller values of nondimensional frequency parameters at most of vibration modes compared with circular pattern.
Alazwari, Mashhour A.;Abdelrahman, Alaa A.;Wagih, Ahmed;Eltaher, Mohamed A.;Abd-El-Mottaleb, Hanaa E.
Steel and Composite Structures
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v.38
no.5
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pp.583-597
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2021
This article develops a nonclassical model to analyze bending response of squared perforated microbeams considering the coupled effect of microstructure and surface stress under different loading and boundary conditions, those are not be studied before. The corresponding material and geometrical characteristics of regularly squared perforated beams relative to fully filled beam are obtained analytically. The modified couple stress and the modified Gurtin-Murdoch surface elasticity models are adopted to incorporate the microstructure as well as the surface energy effects. The differential equations of equilibrium including the Poisson's effect are derived based on minimum potential energy. Exact closed form solution is obtained for bending behavior of the proposed model considering the classical and nonclassical boundary conditions for both uniformly distributed and concentrated loads. The proposed model is verified with results available in the literature. Influences of the microstructure length scale parameter, surface energy, beam thickness, boundary and loading conditions on the bending behavior of perforated microbeams are investigated. It is observed that microstructure and surface parameters are vital in investigation of the bending behavior of perforated microbeams. The obtained results are supportive for the design, analysis and manufacturing of perforated nanobeams that commonly used in nanoactuators, nanoswitches, MEMS and NEMS systems.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.24
no.6
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pp.138-145
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2020
This study was conducted to identify the structural performance of the opening in a location close to the support point in the perforated beam system of steel beams. In addition, structural performance was determined through experiments on reinforced openings using vertical and horizontal steel plates. In the steel simple beam, it was found that the opening was in a position closer to the support point, half the height of the steel beam (D/2), which was more appropriate than the height of the steel beam (D). In addition, the reinforcement effect of horizontal steel plate was greater than that of vertical steel plate reinforcement. Structural performance was improved when there was no gap between openings and steel plates.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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1997.04a
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pp.191-198
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1997
The subject of this thesis is the vibration response of framed structure for buildings of "damed beam" type. In steel rigid frame with damped beams, web plate in mid span of beams is perforated to form a rectangular opening, only upper and lower flanges being remained. When the frame is subjected to horizontal seismic forces, dominant shearing deformation takes place in the opening part of the beams. Energy absorber in stalled in the opening is driven by relative displacement caused by the shearing deformation and provide the frame with damping force. First, static deformation of portal frames having a beam with the web opening is discussed and formulas of elastic deformation is derived.s derived.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.14
no.2
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pp.121-127
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2010
An experimental study of composite beam with perforated fiber reinforced polymer(FRP) plank as a permanent formwork and the tensile reinforcement was performed. A combined formwork and reinforcement system can facilitate rapid construction of concrete members since no conventional formwork is needed, which requires time consuming assembly and dismantling. In order for a smooth FRP plank to act compositely with the concrete, the surface of the FRP needs to be treated to increase its bond properties. Aggregates were bonded to the FRP plank using a commercially available epoxy and perforated web of plank. No additional flexural or shear reinforcement was provided in the beams. For comparison, two control specimens were tested. One control had no perforated hole in the web of FRP plank and the other had internal steel reinforcing bars instead of the FRP plank. The beams were loaded by central patch load to their ultimate capacity. This study demonstrates that the perforated FRP plank has the potential to serve as a permanent formwork and reinforcing for concrete beam.
In nanosized structures as the surface area to the bulk volume ratio increases the classical continuum mechanics approaches fails to investigate the mechanical behavior of such structures. In perforated nanobeam structures, more decrease in the bulk volume is obtained due to perforation process thus nonclassical continuum approaches should be employed for reliable investigation of the mechanical behavior these structures. This article introduces an analytical methodology to investigate the size dependent, surface energy, and perforation impacts on the nonclassical bending behavior of regularly squared cutout nanobeam structures for the first time. To do this, geometrical model for both bulk and surface characteristics is developed for regularly squared perforated nanobeams. Based on the proposed geometrical model, the nonclassical Gurtin-Murdoch surface elasticity model is adopted and modified to incorporate the surface energy effects in perforated nanobeams. To investigate the effect of shear deformation associated with cutout process, both Euler-Bernoulli and Timoshenko beams theories are developed. Mathematical model for perforated nanobeam structure including surface energy effects are derived in comprehensive procedure and nonclassical boundary conditions are presented. Closed forms for the nonclassical bending and rotational displacements are derived for both theories considering all classical and nonclassical kinematics and kinetics boundary conditions. Additionally, both uniformly distributed and concentrated loads are considered. The developed methodology is verified and compared with the available results and an excellent agreement is noticed. Both classical and nonclassical bending profiles for both thin and thick perforated nanobeams are investigated. Numerical results are obtained to illustrate effects of beam filling ratio, the number of hole rows through the cross section, surface material characteristics, beam slenderness ratio as well as the boundary and loading conditions on the non-classical bending behavior of perforated nanobeams in the presence of surface effects. It is found that, the surface residual stress has more significant effect on the bending deflection compared with the corresponding effect of the surface elasticity, Es. The obtained results are supportive for the design, analysis and manufacturing of perforated nanobeams.
Storage racks are used worldwide in industries and commercial outlets due to the advantage of lighter, faster erection and easy alteration of pallet level as required. The studies to understand the behaviour of cold formed steel pallet racks, under seismic action is one of the emerging area of research. The rack consists of perforated uprights and beams with hook-in end connector, which enables the floor height adjustments. The dynamic characteristics of these racks are not well established. This paper presents the dynamic characteristics of 3-D single bay two storey pallet rack system with hook-in end connectors, which is tested on shake table. The sweep sine test and El Centro earthquake acceleration is used to evaluate the seismic performance of the cold formed steel pallet racks. Also an attempt is made to evaluate the realistic dynamic characteristics by using STAAD Pro software. Modal analysis is performed by incorporating the effective moment of inertia of the upright, which considers the effect of presence of perforations and rotational stiffness of the beam-to-upright connection to determine the realistic fundamental frequency of pallet racks, which is required for carrying out the seismic design. Finite element model of the perforated upright section has been developed as a cantilever beam through which effective moment of inertia is evaluated. The stiffness of the hook-in connector is taken from the previous study by Prabha et al. (2010). The results from modal analysis are in good agreement with the respective experimental results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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