Lu, Linfeng;Xu, Yinglu;Zheng, Huixiao;Lim, James B.P.
Steel and Composite Structures
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v.26
no.3
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pp.329-345
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2018
This paper systematically investigated the mechanical performance of the weak-axis cover-plate connection, including a beam end monotonic loading test and a column top cyclic loading test, and a series of parametric studies for exterior and interior joints under cyclic loading using a nonlinear finite element analysis program ABAQUS, focusing on the influences of the shape of top cover-plate, the length and thickness of the cover-plate, the thickness of the skin plate, and the steel material grade. Results showed that the strains at both edges of the beam flange were greater than the middle's, thus it is necessary to take some technical methods to ensure the construction quality of the beam flange groove weld. The plastic rotation of the exterior joint can satisfy the requirement of FEMA-267 (1995) of 0.03 rad, while only one side connection of interior joint satisfied ANSI/AISC 341-10 under the column top cyclic loading. Changing the shape or the thickness or the length of the cover-plate did not significantly affect the mechanical behaviors of frame joints no matter in exterior joints or interior joints. The length and thickness of the cover-plate recommended by FEMA 267 (1995) is also suitable to the weak-axis cover-plate joint. The minimum skin plate thickness and a design procedure for the weak-axis cover-plate connections were proposed finally.
The objective of this study is to ascertain the applicability of T-stub connection for rigid connections. Tests and analysis are focused on the initial stiffness and their results are compared with the case of general rigid connections. Influential factors are investigated from the analysis results.
Kim, Kyungtae;Lee, Heon-Woo;Kim, Young-Ki;Kim, Taejin;Kim, Jong-Ho
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.29
no.3
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pp.237-247
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2017
This paper investigates structural characteristics of internal vertical diaphragm and its influence on the connection strength between concrete filled tubular(CFT) column and beam. CFT columns are hybrids that combine two materials in one member. They have the benefits of steel for high tensile strength and ductility and of concrete for high compressive strength and stiffness. Analytical method of the flexural strength of vertical diaphragm to account moment transfer between panel zones is presented using yield line theory. Connection design is verified by a set of monotonic tests and numerical analysis with different diaphragm thicknesses. Plastic zones of CFT flange was found and matched closely to FEM results. Both analytical and experimental results showed good agreement that vertical diaphragm effectively alleviates the stress and transfer the force.
The goal of this paper is to understand the stress-transfer mechanism of concrete-filled tubular column to H-beam connections with external T-stiffener through the finite element method and to offer basic data for the design of T-stiffener. To identify the problems of previous test results, the same shapes of the full-scale test specimens were modeled for the finite element analysis. Results of the analysis were compared with the test results. Several stress and strain indices were used to understand the stress-transfer mechanism of connection with various T-stiffeners parameters. The models of analysis with different T-stiffener are grouped into TS, TSD, and TSH series. An alternative plan that decreases the stress concentration of beam flange to horizontal stiffener connection is proposed through the elasto-plastic finite element method. The basic design idea and minimum sizes of T-stiffener were proposed based on the various indices in relation to the connection details.
This paper investigates the design using wind-moment method for semi-rigid un-braced steel frames bending on weak axis. A limiting sway method has been proposed to reduce the frame sway. Allowance for steel section optimization between moment of inertia on minor axis column and major axis beam was used in conjunction with slope-deflection analysis to derive equations for optimum design in the proposed method. A series of un-braced steel frames comprised of two, four, and six bays ranging in height of two and four storey were studied on minor axis framing. The frames were designed for minimum gravity load in conjunction with maximum wind load and vice-versa. The accuracy of the design equation was found to be in good agreement with linear elastic computer analysis up to second order analysis. The study concluded that the adoption of wind-moment method and the proposed limiting sway method for semi-rigid steel frame bending on weak axis should be restricted to low-rise frames not more than four storey.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.27
no.6
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pp.663-672
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2014
Recently, modular structural systems have been applicable to building construction since they can significantly reduce building construction time. They consists of several unit modular frames of which each beam-column joint employs an access hole for connecting unit modular frames. Their structural design is usually carried out under the assumption that their load-carrying mechanism is similar to that of a traditional steel moment-resisting system. In order to obtain the validation of this assumption, the cyclic characteristics of beam-column joints in a unit modular frame should be investigate. This study carried out finite element analyses(FEM) of unit modular frames to investigate the cyclic behavior of beam-column joints with the structural influence of access holes. Analysis results show that the unit modular frames present stable cyclic response with large deformation capacities and their joints are classified into partial moment connections. Also, this study develops a simple spring model for earthquake nonlinear analyses and suggests the Ramberg-Osgood hysteretic rule to capture the cyclic response of unit modular frames.
Herrera, Ricardo A.;Muhummud, Teerawut;Ricles, James M.;Sause, Richard
Steel and Composite Structures
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v.43
no.3
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pp.327-340
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2022
A vast amount of experimental and analytical research has been conducted related to the seismic behavior and performance of concrete filled steel tubular (CFT) columns. This research has resulted in a wealth of information on the component behavior. However, analytical and experimental data for structural systems with CFT columns is limited, and the well-known behavior of steel or concrete structures is assumed valid for designing these systems. This paper presents the development of an analytical model for nonlinear analysis of composite moment resisting frame (CFT-MRF) systems with CFT columns and steel wide-flange (WF) beams under seismic loading. The model integrates component models for steel WF beams, CFT columns, connections between CFT columns and WF beams, and CFT panel zones. These component models account for nonlinear behavior due to steel yielding and local buckling in the beams and columns, concrete cracking and crushing in the columns, and yielding of panel zones and connections. Component tests were used to validate the component models. The model for a CFT-MRF considers second order geometric effects from the gravity load bearing system using a lean-on column. The experimental results from the testing of a four-story CFT-MRF test structure are used as a benchmark to validate the modeling procedure. An analytical model of the test structure was created using the modeling procedure and imposed-displacement analyses were used to reproduce the tests with the analytical model of the test structure. Good agreement was found at the global and local level. The model reproduced reasonably well the story shear-story drift response as well as the column, beam and connection moment-rotation response, but overpredicted the inelastic deformation of the panel zone.
The concrete-filled tube column has the excellent structural performance. But it is difficult to connect with column and beam because of closed section. It suggests that pipe should be produced by welding two sides together where two shapes are joined after a channel is pre-welded onto the three sides in order to form an internal diaphragm. The upper diaphragm of the connection used the horizontal plate and the lower diaphragm used the Vertical plate. This research performed 6 monotonic tension experiments describing the connection upside and downside in order to evaluate the structural capability of the offered connection. And the cyclic loading experiment was performed about 2 T-Type column to beam connections. As to the experimental result edge cutting geometry, there was no big effect. An increase in the number of holes of the plate ultimate strength was increased by 5% and The thickness of the plate increases, the maximum strength was increased by 4%. T-Type connections until it reaches the plastic moment showed a stable behavior.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.15
no.1
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pp.165-172
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2002
Generally, the steel rigid frame has been analyzed using finite element analysis tools. While many efforts have been poured into the understanding and accurate prediction for the nonlinear behavior of the columns and beam-columns connections, the base of the columns are modeled as simply hinged or fixed. However, the base of the steel columns practically is neither fixed not hinged. It behaves as semi-rigid. In this paper, the supports of the columns we modeled as semi-rigid and the importance of such approach in moment-resisting columns is evaluated. Two typical buildings designed by the US specification are modeled and analyzed by the finite element based on stiffness method and flexibility method. The column bases of three-story buildings are modeled as rotational springs with a varying degree of stiffness and strength that simulates the semi-rigidity of the base. Depending on the degree of stiffness and strength, the semi-rigidity varies from the hinged to the fixed. Buildings with semi-rigid column bases behaves similarly to the building with fixed bases. It has been numerically observed through the pushover and nonlinear time history analyses that the decrease of the stiffness of the column base induces the rotational demand on the int air beams. an increase of rotation demands on the first store connections and lead to a soft-story mechanists Due often to the construction and environmental effects, undesired reduction of column base stiffness may cause an increase of rotation demands on the first store connections and lead to a soft-story mechanism.
Shariati, Mahdi;Ghorbani, Mostafa;Naghipour, Morteza;Alinejad, Nasrollah;Toghroli, Ali
Steel and Composite Structures
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v.34
no.3
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pp.393-407
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2020
The braced tube frame system, a combination of perimeter frame and bracing frame, is one of the systems used in tall buildings. Due to the implementation of this system in tall buildings and the high rigidity resulting from the use of general bracing, providing proper ductility while maintaining the strength of the structure when exposing to lateral forces is essential. Also, the high stress at the connection of the beam to the column may cause a sudden failure in the region before reaching the required ductility. The use of Reduced Beam Section connection (RBS connection) by focusing stress in a region away from beam to column connection is a suitable solution to the problem. Because of the fact that RBS connections are usually used in moment frames and not tested in tall buildings with braced tube frames, they should be investigated. Therefore, in this research, three tall buildings in height ranges of 20, 25 and 30 floors were modeled and designed by SAP2000 software, and then a frame in each building was modeled in PERFORM-3D software under two RBS-free system and RBS-based system. Nonlinear time history dynamic analysis is used for each frame under Manjil, Tabas and Northridge excitations. The results of the Comparison between RBS-free and RBS-based systems show that the RBS connections increased the absorbed energy level by reducing the stiffness and increasing the ductility in the beams and structural system. Also, by increasing the involvement of the beams in absorbing energy, the columns and braces absorb less energy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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