CFT column has excellent structural properties due to the composite action between concrete and steel tube. The bond behavior between the constituent elements has to be found for analyzing the behavior of CFT column. A new model is necessary because most of existing models for bond stress-slip relationship of the deformed bar cannot be applied to the CFT column. Therefore, the objective of this research is to develop a new model related to the bond behavior of CFT column considering the relation between bond stress and vertical stress, and the distribution of lateral stress under the confinement created by steel casing. From equilibrium condition, the formula for relationship between bond stress and vertical stress is derived, and the relationship for the lateral stresses of the CFT column section is obtained by an Airy stress function. The experiments are performed for five CFT column specimens axially loading on concrete alone. The relation between bond strength and lateral stress is investigated from the regression analysis using the measured strains. Finally a new bond strength model is proposed, which is able to predict the relationship for the stress of each direction of CFT column loading on concrete.
Electromechanical impedance (EMI) based structural health monitoring is performed by measuring the variation in the impedance due to the structural local damage. The impedance signals are acquired from the piezoelectric patches that are bonded on the structural surface. The impedance variation, which is directly related to the mechanical properties of the structure, indicates the presence of local structural damage. Two traditional EMI-based damage detection methods are based on calculating the difference between the measured impedance signals in the frequency domain from the baseline and the current structures. In this paper, a new structural damage detection approach by analyzing the time domain impedance responses is proposed. The measured time domain responses from the piezoelectric transducers will be used for analysis. With the use of the Time Frequency Autoregressive Moving Average (TFARMA) model, a damage index based on Singular Value Decomposition (SVD) is defined to identify the existence of the structural local damage. Experimental studies on a space steel truss bridge model in the laboratory are conducted to verify the proposed approach. Four piezoelectric transducers are attached at different locations and excited by a sweep-frequency signal. The impedance responses at different locations are analyzed with TFARMA model to investigate the effectiveness and performance of the proposed approach. The results demonstrate that the proposed approach is very sensitive and robust in detecting the bolt damage in the gusset plates of steel truss bridges.
Murthy, A. Ramachandra;Gandhi, P.;Vishnuvardhan, S.;Sudharshan, G.
Nuclear Engineering and Technology
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v.52
no.12
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pp.2949-2957
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2020
Fatigue crack growth model has been developed for dissimilar metal weld joints of a piping component under cyclic loading, where in the crack is located at the center of the weld in the circumferential direction. The fracture parameter, Stress Intensity Factor (SIF) has been computed by using principle of superposition as KH + KM. KH is evaluated by assuming that, the complete specimen is made of the material containing the notch location. In second stage, the stress field ahead of the crack tip, accounting for the strength mismatch, the applied load and geometry has been characterized to evaluate SIF (KM). For each incremental crack depth, stress field ahead of the crack tip has been quantified by using J-integral (elastic), mismatch ratio, plastic interaction factor and stress parallel to the crack surface. The associated constants for evaluation of KM have been computed by using the quantified stress field with respect to the distance from the crack tip. Net SIF (KH + KM) computed, has been used for the crack growth analysis and remaining life prediction by Paris crack growth model. To validate the model, SIF and remaining life has been predicted for a pipe made up of (i) SA312 Type 304LN austenitic stainless steel and SA508 Gr. 3 Cl. 1. Low alloy carbon steel (ii) welded SA312 Type 304LN austenitic stainless-steel pipe. From the studies, it is observed that the model could predict the remaining life of DMWJ piping components with a maximum difference of 15% compared to experimental observations.
Dilatometry is a useful technique to obtain experimental data concerning transformation. In this paper, a dilation conversional model was established to calculate carbides fraction in AISI H13 hot-work tool steel based on the measured length changes. After carbides precipitation, the alloy contents in the matrix changed. In the usual models, the content of carbon atoms after precipitation is considered as the only element that affects the lattice constant and the content of the alloy elements such as Cr, Mo, Mn, V are often ignored. In the model introduced in this paper, the alloying elements (Cr, Mo, Mn, V) changes caused by carbides precipitation are incorporated. The carbides were identified using scanning electron microscope and transmission electron microscope. The relationship between lattice constant of carbides and temperature are measured by high-temperature X-ray diffraction. The results indicate that the carbides observed in all specimens cooled at different rates are V-rich MC and Cr-rich $M_{23}C_6$, and most of them are V-rich MC, only very few are Cr-rich $M_{23}C_6$. The model including the effects of substitutional alloying elements shows a good improvement on carbides fraction predictions. In addition, lower cooling rate advances the carbides precipitation for AISI H13 specimens. The results between experiments and mathematical model agree well.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.3A
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pp.465-471
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2006
To describe hysteretic behavior of steel structures under dynamic loading such as earthquake, the dynamic cyclic plasticity model considering stress-strain relationship and characteristics of used steel materials under static-dynamic deforming is required. In this paper, mechanical characteristics and stress-strain relationship of SM490 was clarified by carrying out static-dynamic monotonic and cyclic loading test. A dynamic cyclic plasticity model of SM490 was proposed based on the test results and applied 3-dimensional finite element analysis using finite deformation theory. An analytical method developed by the authors was verified validity and accuracy by comparing both analysis and test results. The comparison result shows that the analytical method developed by the authors can predict static-dynamic hysteretic behavior of steel structures with accuracy.
Analysis and forecasting of the Baltic Capsize Index (BCI) is important for managing an entity's losses and risks from the uncertainty and volatility of the fast-changing maritime transport market in the future. This study conducted volatility transition analysis through the GARCH model, using BCI which is highly related to steel raw materials. As for the data, 2,385 monthly data were used from March 1999 to March 2021. In this study, after basic statistical analysis, unit root and cointegration test, the GARCH, EGARCH, and DCC-GARCH models were used for volatility transition analysis. As the results of GARCH and EGARCH model, we confirmed that all variables had no autocorrelation between the standardized residuals for error terms and the square of residuals, that the variability of all variables at this time was likely to persist in the future, and that the variability of the time-series error term impact according to Iron ore trade (IoT). In addition, through the EGARCH model, the magnitude convenience of all variables except the Iron ore price (IOP) and Capesize bulk fleet (BCF) variables was greater than the positive value (+). As a result of analyzing the DCC-GARCH (1,1) model, partial linear combinations were confirmed over the entire period. Estimating the effect of variability transition on BCF and C5 with statistically significant linear combinations with BCI confirmed that the impact of BCF on BCI was greater than the impact of BCI itself.
In order to make the dynamic analysis and design of improved composite beam with corrugated steel web (CBGSCC) bridge more efficient and economical, the parametric self-cyclic analysis model (SCAM) was written in Python on Anaconda platform. The SCAM can call ABAQUS finite element software to realize automatic modeling and dynamic analysis. For the CBGSCC bridge, parameters were set according to the general value range of CBGSCC bridge parameters in actual engineering, the SCAM was used to calculate the large sample model generated by parameter coupling, the optimal value range of each parameter was determined, and the sensitivity of the parameters was analyzed. The number of diaphragms effects weakly on the dynamic characteristics. The deck thickness has the greatest influence on frequency, which decreases as the deck thickness increases, and the deck thickness should be 20-25 cm. The vibration frequency increases with the increase of the bottom plate thickness, the web thickness, and the web height, the bottom plate thickness should be 17-23mm, the web thickness should be 13-17 mm, and the web height should be 1.65-1.7 5 m. Web inclination and Skew Angle should not exceed 30°, and the number of diaphragms should be 3-5 pieces. This method can be used as a new method for structural dynamic analysis, and the importance degree and optimal value range of each parameter of CBGSCC bridge can be used as a reference in the design process.
This paper proposes a Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm, which is improved by making use of the Harmony Search (HS) approach and called HS-PSO algorithm. A computer code is developed for optimal sizing design of non-linear steel frames with various semi-rigid and rigid beam-to-column connections based on the HS-PSO algorithm. The developed code selects suitable sections for beams and columns, from a standard set of steel sections such as American Institute of Steel Construction (AISC) wide-flange W-shapes, such that the minimum total cost, which comprises total member plus connection costs, is obtained. Stress and displacement constraints of AISC-LRFD code together with the size constraints are imposed on the frame in the optimal design procedure. The nonlinear moment-rotation behavior of connections is modeled using the Frye-Morris polynomial model. Moreover, the P-${\Delta}$ effects of beam-column members are taken into account in the non-linear structural analysis. Three benchmark design examples with several types of connections are presented and the results are compared with those of standard PSO and of other researches as well. The comparison shows that the proposed HS-PSO algorithm performs better both than the PSO and the Big Bang-Big Crunch (BB-BC) methods.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.14
no.4
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pp.711-719
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1994
This paper deals with the development of an efficient algorithm which can consider the bond-slip effect in numerical analysis of reinforced concrete structures. Unlike the classical bond-link or bond-zone element using double nodes, the proposed model is considering the bond-slip effect without taking double nodes by incorporation of the equivalent steel stiffness. Moreover after calculation of nodal displacements, the deformation of steel at each node can be found out through the back-substitution technique from first up to final steel element using a governing equation constructed based on the equilibrium at each node of steel and the compatibility condition between steel and concrete.
In this study, nonlinear analysis of steel plane frame was performed using the refined plastic hinge method of advanced analysis techniques. In deterioration of stiffness in plastic zone, influences by flexural bending, residual stress, geometrical non-linearity, and semi-rigid connection are considered. And also, further reduced tangent modulus was used for geometrical non-linearity, top and seat angle were chosen for semi-rigid connection. Furthermore, 3 parameter power model was used for moment-rotation behaviour of beam to column connection. The loading conditions are combined with axial and lateral force and the inverse triangle distribution of lateral and eight type of analytical models were used in analysis. The results of analyses were compared with semi-rigid and rigid connection on behaviour of numerical analysis models. And also, the behaviors of frame with changes of semi-rigidity were analyzed by using the results obtained from MIIDAS-GENw.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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