Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.7
no.1
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pp.191-198
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2003
The pavement stiffness is scarcely used in structural analysis to design the superstructure of bridge. It is reasonable not to consider it in the case of asphalt concrete pavement over concrete deck because the pavement stiffness compared with the concrete deck plate can be ignored. However, sometimes, the pavement materials have a similar amount of elastic modulus to concrete and are applied to the orthotropic steel deck plate which has relatively less stiffness compared with the concrete deck plate. In this paper, the steel plate deck of a real bridge project was analyzed by considering the pavement stiffness by linear elastic FEM. It was assumed that a perfect bond between the steel plate deck and the pavement exited. The results indicated that the structural behavior of the orthotropic steel deck plate can be estimated enough to affect the evaluation result of structural capacity in some cases. Therefore, the investigations by experimental tests and more advanced numerical model are indispensible in figuring the design formula for considering the effects of pavement stiffness in the structural analysis of an orthotropic bridge.
Using fluid dampers to connect adjacent buildings for enhancing their seismic resistant performance has been recently investigated but limited to linear elastic adjacent buildings only. This paper presents a study of inelastic seismic response of adjacent buildings linked by fluid dampers. A nonlinear finite element planar model using plastic beam element is first constructed to simulate two steel frames connected by fluid dampers. Computed linear elastic seismic responses of the two steel frames with and without fluid dampers under moderate seismic events are then compared with the experimental results obtained from shaking table tests. Finally, elastic-plastic seismic responses of the two steel frames with and without fluid dampers are extensively computed, and the fluid damper performance on controlling inelastic seismic response of the two steel frames is assessed. The effects of the fundamental frequency ratio and structural damping ratio of the two steel frames on the damper performance are also examined. The results show that not only in linear elastic stage but also in inelastic stage, the seismic resistant performance of the two steel frames of different fundamental frequencies can be significantly enhanced if they are properly linked by fluid dampers of appropriate parameters.
In recent years steel-concrete composite shear walls have been widely used in enormous high-rise buildings. Due to high strength and ductility, enhanced stiffness, stable cycle characteristics and large energy absorption, such walls can be adopted in the auxiliary building; surrounding the reactor containment structure of nuclear power plants to resist lateral forces induced by heavy winds and severe earthquakes. This paper demonstrates a set of nonlinear numerical studies on I-shaped composite steel-concrete shear walls of the nuclear power plants subjected to reverse cyclic loading. A three-dimensional finite element model is developed using ABAQUS by emphasizing on constitutive material modeling and element type to represent the real physical behavior of complex shear wall structures. The analysis escalates with parametric variation in steel thickness sandwiching the stipulated amount of concrete panels. Modeling details of structural components, contact conditions between steel and concrete, associated boundary conditions and constitutive relationships for the cyclic loading are explained. Later, the load versus displacement curves, peak load and ultimate strength values, hysteretic characteristics and deflection profiles are verified with experimental data. The convergence of the numerical outcomes has been discussed to conclude the remarks.
The resistance spot welding is one of the most commonly used welding process for joining the sheet metal in automotive manufacturing process due to higher deposition rates and higher economy achieved. Control variables in the resistance spot welding for achieving high quality are welding current, welding force and welding time. Generally at the manufacturing scene, welding current Vs welding time lobe diagram is used to estimate weldability because controlling welding force is not practical due to economical reasons. However new automotive steel plates have been developed to make lightweight automobiles and to improve resistance against rusting. Also the weldability of these steel plates are worst than the existing steel plates because of changing bare metal and surface plating effect. In consequence of above mentioned reasons, it is necessary to use welding force to present the lobe diagram. In this study, we obtained the welding force Vs welding current lobe diagram for commonly used GA steel plate and found that the second order repression model of tensile shear strength was useful in reducing the number of experiments, and the indentation, and thickness change during welding were used as a response to estimate quantitatively expulsion.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2008.10a
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pp.683-690
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2008
Steel-concrete composite columns are popular for superstructures of bridges, and the outside steel attached to the shaft increases the shaft resistance due to confining concrete. In this study, lateral resistance of steel-concrete composite drilled shafts was evaluated quantitatively based on numerical analysis when steel casings are used as structural elements like composite columns. Ultimate lateral resistance of composite drilled shafts with various diameters was numerically calculated through 3D finite element analysis. For that, elasto-plastic model with perfectly plasticity is involved to capture the ultimate load. A commercial FEM program, MIDAS-GTS, is used in this study. Real field conditions of the West Coast, Korea were considered to set up the ground conditions and pile lengths required for this parametric studies. Detailed characteristics of the stress and displacement distributions are evaluated for better understanding the mechanisms of the composite shaft behavior.
There is a great difference in mechanical behavior between design model one-time loading and step-by-step construction process. This paper presents practical computational methods for simulating the structural behavior of long-span rigid steel structures during construction processes. It introduces the positioning principle of node rectification for installation which is especially suitable for rigid long-span steel structures. Novel improved nonlinear analytical methods, known as element birth and death of node rectification, are introduced based on several calculating methods, as well as a forward iteration of node rectification method. These methods proposed in this paper can solve the problem of element's 'floating' and can be easily incorporated in commercial finite element software. These proposed methods were eventually implemented in the computer simulation and analysis of the main stadium for the Universiade Sports Center during the construction process. The optimum construction scheme of the structure is determined by the improved algorithm and the computational results matched well with the measured values in the project, thus indicating that the novel nonlinear time-varying analysis approach is effective construction simulation of complex rigid long-span steel structures and provides useful reference for future design and construction.
In the stability and sensitivity design and diagnosis approaches, there are various methodologies available. Bond graph modeling by lumping technique is one of the universal methodologies in methodical analysis used by many researchers in all over the world. The accuracy of the method is validated in different arenas. Bond graphs are a concise, pictorial representation of the energy storage, dissipation and exchange mechanisms of interacting dynamic systems, subsystems and components. This paper proposes a bond graph modeling for distributed parameter systems using lumping techniques. Therefore, a steel frame structure was modeled to analyze employing bond graph modeling of distributed system using lumping technique. In the analytical part, the effectiveness of bond graphs to model this system is demonstrated. The dynamic responses of the system were computed and compared with those computed from the finite element analysis. The calculated maximum deflection time histories were found to be comparable. The sensitivity and the stability of the steel frame structure was also studied in different aspects. Thus, the proposed methodology, with its simplicity, can be used for stability and sensitivity analyses as alternative to finite element method for steel structures. The major value brought in the practical design is the simplicity of the proposed method for steel structures.
Composite beams using bolts to attach steel plates to the side faces of existing reinforced concrete (RC) coupling beams can enhance both their strength and deformability. The behavior of those composite beams differs substantially from the behavior of typical composite beams made up of steel beams and concrete slabs. The former are subjected to longitudinal, vertical and rotational slips, while the latter only involve longitudinal slip. In this study, a mixed analysis method was adopted to develop the fundamental equations for accurate prediction of the load-carrying capacity of steel plate strengthened RC coupling beams. Then, a rigid plastic analysis technique was used to cope with the full composite effect of the bolt group connections. Two theoretical models for the determination of the strength of medium-length plate strengthened coupling beams based on mixed analysis and rigid plastic methods are presented. The strength of the strengthened coupling beams is derived. The vertical and longitudinal slips of the steel plates and the shear strength of the anchor-bolt connection group is considered. The theoretical models are validated by the available experimental results presented in a companion paper. The strength of the specimens predicted from the mixed analysis model is found to be in good agreement with that from the experimental results.
In order to predict the temperature distribution of stainless steel strip in Bright Annealing (BA) furnace, we performed the analysis of heat transfer and fluid flow using STAR-CCM+. The analysis model included unsteady fluid flow, heat transfer with radiation and moving grid. Two kinds of radiative properties, emissivity and reflectivity, were applied to the stainless steel strip, one is constant and the other is variable with time. As we call, the BA furnaces of stainless steel strip have two different types, muffle and no-muffle. The using of muffle type has been faced with some problems such as rising in material price and shortening of life cycle, etc. So the development of no-muffle type BA furnace is very important in order to save energy cost, lower environmental load and increase the productivity. The designed (or expected) temperature of stainless steel strip coming out of BA furnace was about $1065^{\circ}C$ while the environment temperature maintains around $1100^{\circ}C$. The result of our calculation was very close (or similar) to design temperature, and the application of radiative properties variable with time produced more accurate result than applying constant ones.
Mohammadjani, Chia;Yousefi, Amir M.;Cai, Shu Qing;Clifton, G. Charles;Lim, James B.P.
Steel and Composite Structures
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v.25
no.6
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pp.727-734
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2017
This paper describes a quasi-static finite element analysis, which uses the explicit integration method, of the apex joint of a cold-formed steel portal frame. Such cold-formed steel joints are semi-rigid as a result of bolt-hole elongation. Furthermore, the channel-sections that are being connected have a reduced moment capacity as a result of a bimoment. In the finite element model described, the bolt-holes and bolt shanks are all physically modelled, with contact defined between them. The force-displacement curves obtained from the quasi-static analysis are shown to be similar to those of the experimental test results, both in terms of stiffness as well as failure load. It is demonstrated that quasi-static finite element analysis can be used to predict the behavior of cold-formed steel portal frame joints and overcome convergence issues experienced in static finite element analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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