Recent application researches on external pre-stressing method of composite structures have been conducted to explore its advantages. An external pre-stress could improve mechanical behavior and maintenance, and is economically efficient. In this paper, the Incremental Deformation Method (IDM) was proposed to analyze the elasto-plastic flexural behavior of externally pre-stressed composite bridge with consideration for the material's nonlinearity. This method was verified with experimental results.
In this paper, a non-linear structural analysis software with pro-processing and post-recessing function is proposed by the author. The software incorporating the functions of the structural analysis and geometrical design of Tensegrity structures. Using this software, Cable Dome is analyzed as a prototype, a comprehensive study on the structural behavior of Tensegrity domes is presented in detail. Design methods of Tensegrity domes were proposed. Based on the analysis, optimizing design was performed. Several new Tensegrity domes with different geometrical design scheme are proposed, the structural analysis of the new schemes is also conducted. The analysis result shows that the proposed new forms of the Tensegrity domes are reasonable for practical applications.
Reinforced concrete (RC) columns can be strengthened by direct fastening of steel plates around a column, forming composite actions. This method can increase both the total load bearing area and the concrete confinement stress. To predict the axial load resistance of strengthened RC columns, the equivalent passive confinement stress of the stirrups and the steel jacket should be accurately quantified, which requires the stress in the stirrups and shear force in the connections to be first obtained. In this paper, parameters, i.e., the stress ratio of the stirrups and shear force ratio of steel plate connectors are utilized to quantify the stress of the stirrups and shear force in the connections. A mechanical model for determining the stress ratio of the stirrups and shear force ratio of steel plate connectors is proposed and validated using the experimental results in a previous study. The model is found to be robust. Subsequently, a parametric study is conducted and the optimum stress ratios of the stirrups and the optimum shear force ratios of connectors are proposed for engineering designs.
Preciado, Adolfo;Ramirez-Gaytan, Alejandro;Gutierrez, Nayar;Vargas, David;Falcon, Jose Manuel;Ochoa, Gil
Steel and Composite Structures
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v.26
no.2
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pp.213-226
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2018
This paper focuses on the seismic protection of slender old masonry structures by the implementation of prestressing devices at key locations. The devices are vertically and externally located inside the towers in order to be reversible and calibrated. An extensive parametric study on a selected slender tower is carried out based on more than 100 nonlinear static simulations aimed at investigating the impact of different parameters on the seismic performance: (i) different prestressing levels; (ii) shape memory alloy superelasticity and (iii) changes in prestressing-forces in all the stages of the analysis until failure and masonry toe crushing. The tendon materials under analysis are conventional prestressing steel, fiber-reinforced polymers of different fibers and shape memory alloys. The parametric study serves to select the most suitable prestressing device and optimal prestressing level able to dissipate more earthquake energy. The seismic energy dissipation is evaluated by comparing the structural capacity curves in original state and retrofitted.
Nematzadeh, Mahdi;Fazli, Saeed;Hajirasouliha, Iman
Steel and Composite Structures
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v.23
no.5
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pp.517-527
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2017
In this paper, the effect of active confinement on the compressive behaviour of circular steel tube-confined concrete (STCC) and concrete-filled steel tube (CFST) columns is investigated. In STCC columns the axial load is only applied to the concrete core, while in CFST columns the load is carried by the whole composite section. A new method is introduced to apply confining pressure on fresh concrete by laterally prestressing steel tubes. In order to achieve different prestressing levels, short-term and long-term pressures are applied to the fresh concrete. Three groups of STCC and CFST specimens (passive, S-active and L-active groups) are tested under axial loads. The results including stress-strain relationships of composite column components, secant modulus of elasticity, and volumetric strain are presented and discussed. Based on the elastic-plastic theory, the behaviour of the steel tube is also analyzed during elastic, yielding, and strain hardening stages. The results show that using the proposed prestressing method can considerably improve the compressive behaviour of both STCC and CFST specimens, while increasing the prestressing level has insignificant effects. By applying prestressing, the linear range in the stress-strain curve of STCC specimens increases by almost twice as much, while the improvement is negligible in CFST specimens.
Prestressed hollow-core (PHC) slabs are structurally-optimized lightweight precast floor members for long-span concrete structures, which are widely used in construction markets. In Korea, the PHC slabs have been often used with cast-in-place (CIP) topping concrete as a composite slab system. However, the PHC slab members produced by extrusion method use concrete having very low slump, and it is very difficult to make sufficient roughness on the surface as well as to provide shear connectors. In this study, a large number of push-off tests was conducted to evaluate interfacial shear strengths between PHC slabs and CIP topping concrete with the key variable of surface roughness. In addition, the horizontal shear strengths specified in the various design codes were evaluated by comparing to the test results that were collected from literature.
Static stability is a decisive factor in the design of domes. Stability-related external factors, such as load and supports, are incorporated into structural vulnerability theory by the definition of a relative rate of joint well-formedness ($r_r$). Hence, the instability mechanism of domes can be revealed. To improve stability, an optimization model against instability, which takes the maximization of the lowest $r_r$ ($r_{r,min}$) as the objective and the discrete member sections as the variables, is established with constraints on the design requirements and steel consumption. Optimizations are performed on two real-life Kiewitt-6 model domes with a span of 23.4 m and rise of 11.7 m, which are initially constructed for shaking table collapse test. Well-formedness analyses and stability calculation (via arc-length method) of the models throughout the optimization history demonstrate that this proposed method can effectively enhance $r_{r,min}$ and optimize the static stability of shell-like structures. Additionally, seismic performance of the optimum models subjected to the same earthquake as in the shaking table test is checked. The supplemental simulations prove that the optimum models are superior to the original models under earthquake load as well.
Cold-formed steel structures are increasingly attractive due to their benefits of good mechanical performance and constructional advantages. However, this type of construction is still not fully exploited as a result of the acknowledged difficulties involved in forming construction-efficient and cost-effective connections. Furthermore, there is a lack of information on the structural behavior of the cold-formed steel connections. In this study, the research on various cold-formed steel connections was comprehensively reviewed from both fundamental and structural points of view, based on the available experimental and analytical data. It reveals that the current design codes and guidelines for cold-formed steel connections tend to focus more on the individual bearing capacity of the fasteners rather than the overall structural behavior of the connections. Significant future work remains to be conducted on the structural performance of cold-formed steel connection. In addition, extensive previous research has been carried out to propose and evaluate an economical and efficient connection system that is obtained from the conventional connecting techniques used in the hot-rolled industry. These connecting techniques may not be suitable, however, as they have been adopted from hot-rolled steel portal frames due to the thinness of the sheet in cold-formed steels. The review demonstrates that with the increasing demand for cold-formed steel constructions throughout the world, it is crucial to develop an efficient connection system that can be prefabricated and easily assembled on site.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.5A
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pp.823-832
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2006
To ensure the serviceability requirements of PSC composite girder bridges, it is essential to predict the stresses and deformations of the structure under service load conditions. Stresses and deformations vary continuously with time due to the effects of creep and shrinkage of concrete and relaxation of prestressing steel. The importance of these time-dependent effects is much more pronounced in precast prestressed concrete structures built in stages than in those constructed in one operation. In this paper, time-dependent analyses for PSC composite bridges using 30m standard girders have been conducted considering with the variation of the times of introducing initial prestressing forces and casting concrete. A computer program has been developed for the time-dependent analysis of simple or continuous PSC composite girders and parametric studies are conducted. Based on the numerical results, it is investigated the long-term behaviors of PSC composite girder bridges and discussed the limitations of the current codes for the prestress loss.
This paper deals with the formulation and development of fracture criteria for high-strength structural members containing surface damage in the form of notches (i.e., blunt defects). The important role of the yield strength of the material and its strain hardening capacity (evaluated by means of the constitutive law or stress-strain curve) is analysed in depth by considering the fracture performance of notched samples taken from high-strength steels with different levels of cold drawing (the most heavily drawn steel being commercial prestressing steel used in prestressed concrete). The final aim of the paper is to establish fracture-based design criteria for structural members made of steels with distinct yield strength and containing very different kinds of notch-shape surface damage.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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