Seismic analysis for steel frame structure with brace configuration using topology optimization based on truss-like material model is studied. The initial design domain for topology optimization is determined according to original steel frame structure and filled with truss-like members. Hence the initial truss-like continuum is established. The densities and orientation of truss-like members at any point are taken as design variables in finite element analysis. The topology optimization problem of least-weight truss-like continuum with stress constraints is solved. The orientations and densities of members in truss-like continuum are optimized and updated by fully-stressed criterion in every iteration. The optimized truss-like continuum is founded after finite element analysis is finished. The optimal bracing system is established based on optimized truss-like continuum without numerical instability. Seismic performance for steel frame structures is derived using dynamic time-history analysis. A numerical example shows the advantage for frame structures with brace configuration using topology optimization in seismic performance.
Hozjan, Tomaz;Planinc, Igor;Saje, Miran;Srpcic, Stanislav
Steel and Composite Structures
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v.8
no.2
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pp.159-178
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2008
An analytical procedure is presented for the determination of the buckling load and the buckling temperature of a straight, slender, geometrically perfect, axially loaded, translationally and rotationally restrained steel column exposed to fire. The exact kinematical equations of the column are considered, but the shear strain is neglected. The linearized stability theory is employed in the buckling analysis. Behaviour of steel at the elevated temperature is assumed in accordance with the European standard EC 3. Theoretical findings are applied in the parametric analysis of restrained columns. It is found that the buckling length factor decreases with temperature and depends both on the material model and stiffnesses of rotational and translational restraints. This is in disagreement with the buckling length for intermediate storeys of braced frames proposed by EC 3, where it is assumed to be temperature independent. The present analysis indicates that this is a reasonable approximation only for rather stiff rotational springs.
As a lateral load resisting component, buckling restrained steel plate shear walls (BRW) have excellent energy dissipating capacity. Similar to thin steel plate shear walls, the mechanical behavior of BRWs depends on the boundary elements (adjacent beams and columns) which need adequate strength and stiffness to ensure the complete yielding of BRWs and the emergence of expected plastic collapse mechanism of frame. This paper presents a theoretical approach to estimate the design forces for boundary elements of beam-connected BRW (i.e., The BRW is only connected to beams at its top and bottom, without connections to columns) using a fundamental plastic collapse mechanism of frame, a force transferring model of beam-connected BRW and linear beam and column analysis. Furthermore, the design method of boundary beams and columns is presented. The proposed approach does not involve nonlinear analyses, which can be easily and efficiently used to estimate the design forces of beams and columns in a frame with BRWs. The predicted design forces of boundary elements are compared with those from nonlinear finite element analyses, and a good agreement is achieved.
To effectively come up with and secure a national budget, it is very important to estimate the reasonable construction cost of each step in public construction projects. In this study, the approximate construction cost of a steel box girder bridge in the early stages of the project, on which available information is limited, was proposed using case-based reasoning. In addition, construction cost estimation models were used for existing sample design models, and the accuracy of the estimation model for the presented cost was verified. The analysis results showed that the error rate was comparatively stable. Therefore, it is expected that construction cost estimation will be effectively suggested in the country's budget preparation.
Kwak, Hyo Gyoung;Seo, Young Jae;Jung, Chan Mook;Park, Young Ha
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.12
no.2
s.45
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pp.133-142
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2000
This study deals with behavior of steel box girder bridges according to the concrete slab casting sequences and sectional types. The time dependent behavior of bridges caused by the differential setting of slab concrete resulting from time gap for each part of slab deck in a sequential placing method produces is analyzed. In correlation studies between girder section types and placing sequences, time dependent effects of concrete creep and shrinkage are implemented in the analytical model proposed in the previous study. Finally, field recommendations in terms of concrete slump and relative humidity are suggested to prevent early transverse cracking of concrete slabs.
Kwak, Hyo Gyoung;Seo, Young Jae;Jung, Chan Mook;Park, Young Ha
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.12
no.2
s.45
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pp.123-131
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2000
In this study, both experimental and analytical study for behavior of the existing composite steel box girder bridges, constructed along with the procedure of continuous placing slab, are conducted to establish the validity of the proposed model. The layer approach is adopted to determine the equilibrium condition in a section to consider the different material properties and concrete cracking across the sectional depth, and the beam element stiffness is constructed on the basis of the assumed displacement field formulation and the 3-points Gaussian Integration. In addition, the effects of creep and shrinkage of concrete for time-dependent behavior of the bridge are taken into consideration. Finally, both analytical and experimental results are compared.
Recent trends in the construction of building frame feature the use of composite steel concrete members. One of such system, RCS(Reinforced Concrete column and Steel beam) system, is known as a type of system to maximize the structural and economic benefits in the most efficient manner. This paper is focusing on an study of ultimate shear strength estimation of the interior beam-column joints of RCS system, with reinforced concrete column and steel beam. Current design methods as well as the majority of the previous researches for ultimate shear strength of the interior beam-column joint of RCS system are not easy to apply actual manner. There is a need to propose the rational macro models based on analytical approach. In this study, design method variables for interior beam-column joints of RCS system is studied assuming shear resistance of steel web panel, diagonal concrete strut mechanism and truss mechanism. Finally, calculated results based on the proposed design model are compared with test data.
Park, Seunghee;Yun, Chung-Bang;Roh, Yongrae;Lee, Jong-Jae
Smart Structures and Systems
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v.1
no.4
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pp.339-353
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2005
This paper presents the results of a feasibility study on an impedance-based damage detection technique using thickness modes of piezoelectric (PZT) patches for steel structures. It is newly proposed to analyze the changes of the impedances of the thickness modes (frequency range > 1 MHz) at the PZT based on its resonant frequency shifts rather than those of the lateral modes (frequency range > 20 kHz) at the PZT based on its root mean square (RMS) deviations, since the former gives more significant variations in the resonant frequency shifts of the signals for identifying localities of small damages under the same measurement condition. In this paper, firstly, a numerical analysis was performed to understand the basics of the NDE technique using the impedance using an idealized 1-D electro-mechanical model consisting of a steel plate and a PZT patch. Then, experimental studies were carried out on two kinds of structural members of steel. Comparisons have been made between the results of crack detections using the thickness and lateral modes of the PZT patches.
Based on the test on a 1/2.5-scaled model of a two-bay and three-story inner frame composed of reinforced concrete beams and lattice steel reinforced concrete (SRC) irregular section columns under low cyclic reversed loading, the failure process and the features of the frame were observed. The subsequence of plastic hinges of the structure, the load-displacement hysteresis loops and the skeleton curve, load bearing capacity, inter-story drift ratio, ductility, energy dissipation and stiffness degradation were analyzed. The results show that the lattice SRC inner frame is a typical strong column-weak beam structure. The hysteresis loops are spindle-shaped, and the stiffness degradation is insignificant. The elastic-plastic inter-story deformation capacity is high. Compared with the reinforced concrete frame with irregular section columns, the ductility and energy dissipation of the structure are better. The conclusions can be referred to for seismic design of this new kind of structure.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.13
no.1
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pp.139-146
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2000
This paper presents a prototype for structural analysis and design system by use of the STEP concepts for the representation and exchange of information on framed steel structures, and also integrates the product model of steel structures of AP 230, geometric and topological information of Part 42, and detailed Finite Element Analysis information of Part 104 into an unified system. Thus, the STEP-based system makes engineering information more clearable and exchangeable between computer applications than any other conventional methods. This system may be further extended to incorporate other computer applications for detailed engineering and manufacturing information on steel structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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