In this paper, the non-linear behavior of masonry-infill and bare steel frames using different beam-column connections under monotonic static loading was investigated through a parametric study. Numerical models were carried out using one- and two-dimensional modelling to validate the experimental results. After validating the experimental results by using these models, a parametric study was carried out to model the behavior of these frames using flushed, extended, and welded connections. The results showed that using the welded or extended connection is more efficient than using the flushed type in masonry-infilled steel frames, since the lateral capacities, initial stiffness, and toughness have been increased by 155%, 601%, and 165%, respectively in the case of using welded connections compared with those used in bare frames. The FE investigation was broadened to study the influence of the variation of the uniaxial column loads on the lateral capacities of the bare/infill steel frames. As the results showed when increasing the amount of uniaxial loading on the columns, whether in tension or compression, causes the lateral load capacity of the columns to decrease by 26% for welded infilled steel frames. Finally, the influence of using different types of beam-to-column connections on the vertical capacities of the bare/infill steel frames under settlement effect was also studied. As a result, it was found that, the vertical load capacity of all types of frames and with using any type of connections is severely reduced, and this decrease may reach 62% for welded infilled frames. Furthermore, the flushed masonry-infilled steel frame has a higher resistance to the vertical loads than the flushed bare steel frame by 133%.
Magdy I. Salama;Jong Wan Hu;Ahmed Almaadawy;Ahmed Hamoda;Basem O. Rageh;Galal Elsamak
Steel and Composite Structures
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v.50
no.6
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pp.627-641
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2024
This paper presents an experimental and numerical study to investigate the behavior of the precast segmental concrete beams (PSCBs) utilizing high-strength concrete (HSC) connected in the zone of the maximum bending moment using steel extended endplate connections (EECs). The experimental study consisted of five beams as follows: The first beam was the control beam for comparison, which was an unconnected one-piece beam made of HSC. The other four other beams consisted of two identical pieces of precast concrete. An important point to be noted is that at the end of each piece, a steel plate was used with a thickness of 10 mm. Moreover, this steel plate was welded to the lower and upper reinforcing bars of the beam. Furthermore, the steel plate was made to connect the two pieces using the technique of EECs. Several variables were taken in these four beams, whether from the shape of the connection or enhancing the behavior of the connection using the post-tensioning technique. EECs without stiffeners were used for some of the tested beams. The behavior of these connections was improved using stiffeners and shear bolts. To get accurate results, a comparison was made between the behaviors of the five beams. Another important point to be noted is that Abaqus and SAP2000 programs were used to investigate the behavior of PSCBs and to ensure the accuracy of the modeling process which showed a good agreement with the experimental results. Additionally, the simplified modeling using SAP2000 was able to model the nonlinear behavior of PSCBs connected using steel EECs. It was found that the steel pre-tensioned bolted EECs, reinforced with steel stiffeners and shear anchors, could be used to connect the precast HSC segmental beams via the internal pre-stressing technique.
When the shear force governs the response of an RC element, as in the case of a low-rise shear wall, the effect of shear on the element's response is thought to be responsible for the 'pinching effect' in the hysteretic loops. However, it was recently shown that this undesirable pinching effect can be eliminated in the hysteretic load-deformation curves of a shear-dominant element if the steel grid orientation is properly aligned in the direction of the applied principal stresses. In this paper, the presence and absence of the pinching mechanism in the hysteretic loops of the shear stress-strain curves of RC elements was explained rationally using a compatibility aided truss model. The analytical results indicate that the pinching effect of the RC elements is strongly related to the direction of the steel arrangement. The area of the energy dissertation does not increase proportionally to the difference between the direction of the principal compressive stress and the direction of the steel arrangement.
In domestic construction industry, there is lack of the communication between planning, design, construction and maintenance. This problem makes the omission of information and the loss of cost. Therefore, the introduction of BIM can be a solution about that. BIM manages all information generated during all life-cycle of a structure and consequently maximizes the efficiency of utilizing information. This is done through 3D information model associated with a three-dimensional(3D) parametric CAD. This study proposes the design process of steel box bridge for structural design work of bridge construction project based on BIM. This process has 3D modeling progress done by using the information decided in design phase. When the subject for the proposed process is superstructure of steel box bridge in construction, the structural calculation sheet can be derived with the structural design process based on BIM.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.3
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pp.576-585
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2002
A three-dimensional Lagrangian explicit time-integration finite element code for analyzing the dynamic impact phenomena was developed. It uses four node tetrahedral elements. In order to consider the effects of strain rate hardening, strain hardening and thermal softening, which are frequently observed in high-velocity deformation phenomena, Johnson-Cook model is used as constitutive model. For more accurate and robust contact force computation, the defense node contact algorithm was adopted and implemented. In order to evaluate the performance of the newly developed three-dimensional hydrocode NET3D, numerical simulations of the oblique impact of mild steel plate by mild steel sphere were carried out. Ballistic limit about various oblique angle between 0 degree and 80 degree was estimated through a series of simulations with different initial velocities of sphere. Element eroding by equivalent plastic strain was applied to mild steel spheres and targets. Ballistic limits and fracture characteristics obtained from simulation were compared with experimental results conducted by Finnegan et al. From numerical studies, the following conclusions were reached. (1) Simulations could successfully reproduce the key features observed in experiment such as tensile failure termed "disking"at normal impacts and outwards bending of partially formed plus segments termed "hinge-mode"at oblique impacts. (2) Simulation results fur 60 degrees oblique impact at 0.70 km/s and 0.91 km/s were compared with experimental results and Eulerian hydrocode CTH simulation results. The Lagrangian code NET3D is superior to Eulerian code CTH in the computational accuracy. Agreement with the experimentally obtained final deformed cross-sections of the projectile is excellent. (3) Agreement with the experimental ballistic limit data, particularly at the high-obliquity impacts, is reasonably good. (4) The simulation result is not very sensitive to eroding condition but slightly influenced by friction coefficient.
A numerical simulation of the solid/liquid coexistence temperature range, using solidification segregation model linked with the Kurz-Giovanola-Trivedi model, explained the mechanism of the BTR shrinkage (with an increase in welding speed) in type 310 stainless steel welds by reduction of the solid/liquid coexistence temperature range of the weld metal due to the inhibited solidification segregation of solute elements and promoted dendrite tip supercooling attributed to rapid solidification of laser beam welding. The reason why the BTR enlarged in type 316 series stainless welds could be clarified by the enhanced solidification segregation of impurity elements (S and P), corresponding to the decrement in ${\delta}-ferrite$ crystallization amount at the solidification completion stage in the laser welds. Furthermore, the greater increase in BTR with type 316-B steel was determined to be due to a larger decrease in ${\delta}-ferrite$ amount during welding solidification than with type 316-A steel. This, in turn, greatly increases the segregation of impurities, which is responsible for the greater temperature range of solid/liquid coexistence when using type 316-B steel.
As the building structures are higher and bigger, the high-performance steels of high strength, toughness, and low yield ratio had been required and developed. In this paper the behavior of the moment connection with bolted web and high strength steel was studied by using the finite-element analysis computer program of ABAQUS. The analysis model is based on the test results and the same cyclic load history was applied at the FE(Finite Element) model until it failed in the test. Through the FEA, several indicators hardly measured from the test were acquired. These indicators related to stress and strain were selected from three plastic rotation stages: 0.003 rad, 0.03 rad, and final failure rotation. Specifically, at the final failure stage, the strain indicators producing the full plastic behavior were suggested as a mechanical property for steel.
In this study, the stub columns of built-up H-section and square hollow section subjected to eccentrical loads are tested to evaluate the applicability of the structural members with 800MPa high-strength steel (HSA800) on current design specification. Analytical studies of FE model are conducted to validate the test results and then the verified FE models are used for extensive parametric studies for checking up the applicability of current design code. The parameters are width-to-thickness ratios and axial load ratios. From P-M correlations on parameter models, all stub columns with non-compact sections exceed the current design requirements about axial force and flexural strength ratios are sufficiently secured as the axial load ratios are decreased. The built-up hollow sections with slender section model do not satisfy the current design specification about axial force.
In this study, high strength concrete corbels reinforced with steel fibers and polypropylene fibers, and subjected to the vertical and horizontal loads were constructed and tested. The results showed that performance in terms of load carrying capacities, stiffness, ductility, crack width, and number of cracks was improved, as the steel fibers and polypropylene fibers were added. The polypropylene fiber reinforced concrete corbels resulted in higher ductility in presence of horizontal loads, but showed larger crack width than the steel fiber reinforced concrete corbels. And, the heads of the headed bars provided excellent end anchorage of the main tension tie reinforcement. Experimental results presented in this paper are also compared with various prediction models proposed by codes and researchers. The refined strut-and-tie model showed more accurate and conservative predictions in presence of horizontal loads, and the truss model proposed by Fattuhi provides fairly good predictions for fiber reinforced concrete corbels.
While extensive efforts have been made in the past to develop finite element models (FEMs) for concrete-filled steel tubular columns (CFSTCs), these models may not be suitable to be used in some cases, especially in view of the utilisation of high strength steel and high strength concrete. A method is presented herein to predict the complete stress-strain curve of concrete subjected to tri-axial compressive stresses caused by axial load coupled with lateral pressure due to the confinement action in square and rectangular CFSTCs with normal and high strength materials. To evaluate the lateral pressure exerted on the concrete in square and rectangular shaped columns, an accurately developed FEM which incorporates the effects of initial local imperfections and residual stresses using the commercial program ABAQUS is adopted. Subsequently, an extensive parametric study is conducted herein to propose an empirical equation for the maximum average lateral pressure, which depends on the material and geometric properties of the columns. The analysis parameters include the concrete compressive strength ($f^{\prime}_c=20-110N/mm^2$), steel yield strength ($f_y=220-850N/mm^2$), width-to-thickness (B/t) ratios in the range of 15-52, as well as the length-to-width (L/B) ratios in the range of 2-4. The predictions of the behaviour, ultimate axial strengths, and failure modes are compared with the available experimental results to verify the accuracy of the models developed. Furthermore, a design model is proposed for short square and rectangular CFSTCs. Additionally, comparisons with the prediction of axial load capacity by using the proposed design model, Australian Standard and Eurocode 4 code provisions for box composite columns are carried out.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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