Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.9
no.4
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pp.1-9
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2009
This paper investigates inelastic lateral-torsional buckling of stepped beams subjected to uniformly distributed load and end moments. A three-dimensional finite-element program ABAQUS (2007) and a regression program MINITAB(2006) were used to analytically develop new design equation for singly and doubly stepped beams with simple boundary condition. The flanges of the smaller cross-section in the stepped beams were fixed at 30.48 by 2.54 cm, whereas the width and thickness of the flanges of the larger cross-section varied. The web thickness and height of the beams were kept at 1.65 cm and 88.9 cm, respectively. The ratios of the flange thickness, flange width, and stepped length of beam are considered with analytical parameters. Two groups of 27 cases and 36 cases, respectively, were analyzed for doubly and singly stepped beams in the inelastic buckling range. The combined effects of residual stresses and geometrical imperfection on inelastic lateral-torsional buckling of beams are considered. The distributions of residual stress of the cross-section is same as shown in Pi and Trahair (1995) and the initial geometric imperfection of the beam is set by central displacement equal to 0.1% of the unbraced length of beam. The comparisons between results from proposed equations and the results from finite element analyses were presented in this paper. The maximum differences of two results are of 13% for the doubly stepped beam and 10% for the singly stepped beam. The proposed equations definitely improve current design methods for the inelastic lateral-torsional buckling problem and increase efficiency in building and bridge design.
Kim, Jong Min;Kim, Seung Jun;Park, Jong Sup;Kang, Young Jong
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.20
no.2
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pp.237-246
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2008
The cross-sections of continuous multi-span beams sometimes suddenly increase, or become stepped, at the interior supports of continuous beams to resist high negative moments. The three-dimensional finite-element program ABAQUS (2006) was used to analytically investigate the inelastic lateral-torsional buckling behavior of stepped beams subjected to pure bending moment and resulted in the development of design equations. The flanges of the smaller cross-section were fixed at 30.48 by 2.54 cm, whereas the width and/or thickness of the flanges of the larger cross-section varied. The web thickness and height of beam was kept at 1.65 cm and 88.9 cm, respectively. The ratios of the flange thickness, flange width, and stepped length of beams are considered analytical parameters. Two groups of 27 cases and 35 cases, respectively, were analyzed for double and single stepped beams. The combined effects of residual stresses and geometrical imperfection on inelastic lateral-torsional buckling of beams are considered. First, the distributions of residual stress of the cross-section is same as shown in Pi, etc (1995), and the initial geometric imperfection of the beam is set by central displacement equal to 0.1% of the unbraced length of beam. The new proposed equations definitely improve current design methods for the inelastic LTB problem and increase efficiency in building and bridge design. The proposed solutions can be easily used to develop new design equation for inelastic LTB resistance of stepped beams subjected to general loading condition such as a concentrated load, a series of concentrated loads or uniformly distributed load.
The local buckling strength and post-local buckling strength of thin steel plates in the steel-concrete composite column were evaluated by nonlinear finite element analyses. The proposed width-to-thickness limit ratio was based on elastic buckling analyses, in which the increased local buckling capacity of the plate due to the in-filled concrete was considered by the boundary conditions of the thin plate. Considering the initial imperfections and residual stresses, we determined the initial local buckling strength and post-local buckling strength of the thin plates with various width-to-thickness ratios. The formula to evaluate the compressive capacity of the steel-concrete composite column based on the effective width of the plate was proposed. For verification, values determined by the formula were compared with the experimental results.
Park, Yong Myung;Hwang, Soon Young;Park, Jae Bong;Hwang, Min Oh;Choi, Byung H.
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.21
no.3
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pp.321-330
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2009
This paper presents numerical analysis results for the lateral-torsional buckling (LTB) strength of steel I-girder bridges. Current Korean and AASHTO design specifications for LTB consider the buckling strength of a single girder with both its ends constrained. The I-girder bridges are composed of more than one girder, and the girders are interconnected with intermediate cross-beams or cross-frames. Therefore, it should be required to evaluate the effects of cross-beam stiffness and the interactionof girders on LTB strength. It is also necessary to consider the effects of transverse web stiffeners on LTB strength. By considering these parameters, a series of four-girder systemswere numerically modeled using 3D shell elements to estimate the LTB strength while considering initial imperfections and residual stresses.
A Genetic Algorithm (hereinafter GA) based optimum design algorithm and program for plane steel frames with partially restrained connections is presented. The algorithm was incorporated with the refined plastic hinge analysis method, in which geometric nonlinearity was considered by using the stability functions of beam-column members and material nonlinearity was considered by using the gradual stiffness degradation model that included the effects of residual stress, moment redistribution by the occurrence of plastic hinges, partially restrained connections, and the geometric imperfection of members. In the genetic algorithm, a tournament selection method and micro-GAs were employed. The fitness function for the genetic algorithm was expressed as an unconstrained function composed of objective and penalty functions. The objective and penalty functions were expressed, respectively, as the weight of steel frames and the constraint functions which account for the requirements of load-carrying capacity, serviceability, ductility, and construction workability. To verify the appropriateness of the present method, the optimum design results of two plane steel frames with fully and partially restrained connections were compared.
The purpose of this study is to determine the proper fillet weld size for the stiffeners on hull bottom plate of crude oil tanker. To achieve it, the effective notch stress and hot spot stress of the fillet weld with leg length specified in the rule were evaluated by using comprehensive FE analyses. Based on the results, the fatigue damages at each location of weld were calculated. Meanwhile the transitional behavior of initial welding distortion in the hull bottom plate under the design conditions was investigated by using a non-linear FEA. Welding distortion and residual stress introduced during fabrication process were considered as initial imperfections. According to FE analysis results, if the fillet leg length satisfies the design criteria of the classification society, the concern on the root failure at the fillet welds in the bottom hull plate during the design life can be negligible. In addition, considering the transitional behavior of the distortion during the service life, the fillet leg length should be minimized.
Muttaqie, Teguh;Thang, Do Quang;Prabowo, Aditya Rio;Cho, Sang-Rai;Sohn, Jung Min
Structural Engineering and Mechanics
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v.70
no.4
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pp.431-443
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2019
The present paper illustrates a numerical investigation on the failure behaviour of ring-stiffened cylinder subjected to external hydrostatic pressure. The published test data of steel welded ring-stiffened cylinder are surveyed and collected. Eight test models are chosen for the verification of the modelling and FE analyses procedures. The imperfection as the consequences of the fabrication processes, such as initial geometric deformation and residual stresses due to welding and cold forming, which reduced the ultimate strength, are simulated. The results show that the collapse pressure and failure mode predicted by the nonlinear FE analyses agree acceptably with the experimental results. In addition, the failure mode parameter obtained from the characteristic pressure such as interframe buckling pressure known as local buckling pressure, overall buckling pressure, and yield pressure are also examined through the collected data and shows a good correlation. A parametric study is then conducted to confirm the failure progression as the basic parameters such as the shell radius, thickness, overall length of the compartment, and stiffener spacing are varied.
A GA-based optimum design algorithm and a program for plane steel frame structures with semi-rigid connections are presented. The algorithm is incorporated with the refined plastic hinge analysis method wherein geometric nonlinearity is considered by using the stability functions of beam-column members, and material nonlinearity, by using the gradual stiffness degradation model that includes the effects of residual stresses, moment redistribution through the occurrence of plastic hinges, semi-rigid connections, and geometric imperfection of members. In the genetic algorithm, the tournament selection method and micro-GAs are employed. The fitness function for the genetic algorithm is expressed as an unconstrained function composed of objective and penalty functions. The objective and penalty functions are expressed as the weight of steel frames and the constraint functions, respectively. In particular, the constraint functions fulfill the requirements of load-carrying capacity, serviceability, ductility, and construction workability. To verify the appropriateness of the present method, the optimal design results of two plane steel frames with rigid and semi-rigid connections are compared.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.14
no.7
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pp.3495-3501
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2013
The cross-sections of continuous multi-span beams are sometimes suddenly increased or stepped at the interior supports of continuous beams to resist high negative moments. This paper investigates inelastic lateral-torsional buckling of monosymmetric stepped I-beams subjected to pure bending. A three-dimensional finite-element program ABAQUS and a regression program were used to analytically develop new design equation. The flange thickness ratio, flange width ratio and stepped length ratio were considered as parameters of this study. The combined effects of residual stresses and geometric imperfection on inelastic lateral-torsional buckling of beams are considered. The proposed solution can be easily used to calculation for inelastic lateral torsional buckling strengths of monosymmetric beams with doubly stepped cross sections and to develop new design equations for inelastic lateral-torsional buckling resistances of stepped beams.
Park, Yong Myung;Kang, Ji Hoon;Lee, Kun Joon;Kim, Hee Soon
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.26
no.6
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pp.581-594
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2014
In this paper, flexural resistance of hybrid girder under uniform bending moment was evaluated, which is composed of HSB800 and HSB600 steel for the flange and web, respectively. Doubly-symmetric and monosymmetric sections with noncompact or compact flange and slender, noncompact or compact web were considered. Nonlinear analyses with 3-dim. shell element model were performed to determine the 'flexural resistance of section' and the 'lateral torsional buckling strength' by taking initial imperfection and residual stress into account. The numerical results were compared with the AASHTO LRFD and Eurocode 3 specifications and also the applicability of AASHTO LRFD appendix A6 was examined for the sections with noncompact and compact web.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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