The number of explosive attacks on civilian structures has recently increased. Protection of structure subjected to blast load remains quite sophisticated to predict. The use of the pyramid cover system (PCS) to strengthen sandwich structures against a blast terror has great interests from engineering experts in structural retrofitting. The sandwich steel structure performance under the impact of blast wave effect is highlighted. A 3-D numerical model is proposed to study the PCS layer to strengthen sandwich steel structures using finite element analysis (FEA). Hexagonal core sandwich (XCS) steel panels are used to study structural retrofitting using the PCS layer. Field blast test is conducted. The study presents a comparison between the results obtained by both the field blast test and the FEA to validate the accuracy of the 3-D finite element model. The effects are expressed in terms of displacement-time history of the sandwich steel panels and pressure-time history effect on the sandwich steel panels as the explosive wave propagates. The results obtained by the field blast test have a good agreement with those obtained by the numerical model. The PCS layer improves the sandwich steel panel performance under impact of detonating different TNT explosive charges.
The paper describes the mechanical behavior of short concrete-filled steel tube (CFT) columns with circular section. The efficiency of the steel tube in confining the concrete core depending on concrete strength and the steel tube thickness was examined. Fifteen columns were tested to failure under concentric axial loading. Furthermore, a mechanical model based on the interaction between the concrete core and the steel tube was developed. The model employs a volumetric strain history for the concrete, characterized by the level of applied confining stress. The situation of passive confinement is accounted for by an incremental procedure, which continuously updates the confining stress. The post-yield behavior of the columns is greatly influenced by the confinement level and is related to the efficiency of the steel tube in confining the concrete core. It is possible to classify the post-yield behavior into three categories: strain softening, perfectly plastic and strain hardening behavior. The softening behavior, which is due to a shear plane failure in the concrete core, was found for some of the CFT columns with high-strength concrete. Nevertheless, with a CFT column, it is possible to use high-strength concrete to obtain higher load resistance and still achieve a good ductile behavior.
Buckling restrained braces (BRBs) were developed as an enhanced alternative to conventional braces by restraining their global buckling, thus allowing development of a stable quasi-symmetric hysteretic response. A wider adoption of buckling restrained braced frames is precluded due to proprietary character of most BRBs and the code requirement for experimental qualification. To overcome these problems, BRBs with capacities corresponding to typical steel multi-storey buildings in Romania were developed and experimentally tested in view of prequalification. In the second part of this paper, a complex nonlinear numerical model for the tested BRBs was developed in the finite element environment Abaqus. The calibration of the numerical model was performed at both component (material models: steel, concrete, unbonding material) and member levels (loading, geometrical imperfections). Geometrically and materially nonlinear analyses including imperfections were performed on buckling restrained braces models under cyclic loading. The calibrated models were further used to perform a parametric study aiming at assessing the influence of the strength of the buckling restraining mechanism, concrete class of the infill material, mechanical properties of steel used for the core, self-weight loading, and frame effect on the cyclic response of buckling restrained braces.
Zhao, Xianzhong;Huang, Zhaoqi;Wang, Yue;Sivakumaran, Ken S.
Steel and Composite Structures
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v.33
no.3
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pp.357-373
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2019
Steel storage racks are slender structures whose overall behavior and the capacity depend largely on the flexural behavior of the base-plate to upright connections and on the behavior of beam-to-column connections. The base-plate upright connection assembly details, anchor bolt position in particular, associated with the high-rise steel storage racks differ from those of normal height steel storage racks. Since flexural behavior of high-rise rack base connection is hitherto unavailable, this investigation experimentally establishes the flexural behavior of base-plate upright connections of high-rise steel storage racks. This investigation used an enhanced test setup and considered nine groups of three identical tests to investigate the influence of factors such as axial load, base plate thickness, anchor bolt size, bracket length, and upright thickness. The test observations show that the base-plate assembly may significantly influence the overall behavior of such connections. A rigid plate analytical model and an elastic plate analytical model for the overall rotations stiffness of base-plate upright connections with concentric anchor bolts were constructed, and were found to give better predictions of the initial stiffness of such connections. Analytical model based parametric studies highlight and quantify the interplay of components and provide a means for efficient maximization of overall rotational stiffness of concentrically anchor bolted high-rise rack base-plate upright connections.
Reinforced concrete (RC) columns can be strengthened by direct fastening of steel plates around a column, forming composite actions. This method can increase both the total load bearing area and the concrete confinement stress. To predict the axial load resistance of strengthened RC columns, the equivalent passive confinement stress of the stirrups and the steel jacket should be accurately quantified, which requires the stress in the stirrups and shear force in the connections to be first obtained. In this paper, parameters, i.e., the stress ratio of the stirrups and shear force ratio of steel plate connectors are utilized to quantify the stress of the stirrups and shear force in the connections. A mechanical model for determining the stress ratio of the stirrups and shear force ratio of steel plate connectors is proposed and validated using the experimental results in a previous study. The model is found to be robust. Subsequently, a parametric study is conducted and the optimum stress ratios of the stirrups and the optimum shear force ratios of connectors are proposed for engineering designs.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.11
no.1
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pp.35-40
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2008
Various characters of the concrete are greatly improved as the effect of the steel fiber. As the improvement effect of the steel fiber, the increment in flexural strength, shear strength, toughness, and impact strength are remarkable, and tenacious concrete is obtained. This paper presents model which can predict mechanical behavior of the structure according to aspect ratio and volume fraction of steel fiber. Experiments on compressive strength, elastic modulus and tensile strength were performed with self-made cylindrical specimens of variable aspect ratios. This paper presents an analytical study on the behavior of a beam specimen with steel fiber reinforced concrete(SFRC). The effect of the SFRC on the crack pattern, failure mode and the flexural behavior of the structure were investigated. The analysis model based on the nonlinear layered finite element method was successfully able to find the necessary amount of steel fibers, tensile steels and beam section which can best approximate flexural strength and ductility of a given conventionally reinforced concrete beam.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1999.04a
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pp.319-324
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1999
This study is to investigate the properties on the load-deflection and fracture behaviors of the steel fiber reinforced concrete(SFRC) slab model specimens, Steel fibers of indent, crimp, and end hook shape were considered to reinforce the matrix under various mixing conditions and proportions. Initial cracking load, maximum load, and energy absorption capacity(load carrying capacity) of SFRC panel specimen increased with increase of steel fiber contents. And the plain concrete slab was fractured abruptly after maximum load but SRFC slabs were fractured smoothly by steel fibers in concrete matrix operated as cracking resistance force after maximum load. Indent, crimp and end hook shape steel fibers were effective in reinforcing the matrices but end hook type fiber were superior to indent and crimp type fibers.
In this study, a numerical model for the simulation of reinforced concrete columns subject to cyclic loading is presented. The model consists of three separate models representing concrete, reinforcing steel bars and bond-slip between a reinforcing bar and ambient concrete. The concrete model is represented by the plane stress plastic-damage model and quadrilateral finite elements. The nonlinear steel bar model embedded in truss elements is used for longitudinal and transverse reinforcing bars. Bond-slip mechanism between a reinforcing bar and ambient concrete is discretized using connection elements in which the hysteretic bond-slip link model defines the bond stress and slip displacement relation. The three models are connected in finite element mesh to represent a reinforced concrete structure. From the numerical simulation, it is shown that the proposed model effectively and realistically represents the overall cyclic behavior of a reinforced concrete column. The present plastic-damage concrete model is observed to work appropriately with the steel bar and bond-slip link models in representing the complicated localization behavior.
A mathematical model for cold rolling and temper rolling process of thin steel strip has been developed using the influence function method. By solving the equations describing roll gap phenomena in a unique procedure and considering more influence factors, the model offers significant improvements in accuracy, robustness and generality of the solution for the thin strip cold and temper rolling conditions. The relationship between the shape of the roll profile and the roll force is also discussed. Calculation results show that any change increasing the roll force may result in or enlarge the central flat region in the deformation zone. Applied to the temper rolling process, the model can well predict not only the rolling load but also the large forward slip. Therefore, the measured forward slip, together with the measured roll force, was used to calibrate the model. The model was installed in tile setup computer of a temper rolling mill to make parallel setup calculations. The calculation results show good agreement with the measured data and the validity and precision of the model are proven.
In this study, the uniaxial ratcheting effect of Z2CND18.12N austenitic stainless steel at room and elevated temperatures is firstly simulated based on the Ahmadzadeh-Varvani hardening rule (A-V model), which is embedded into the finite element software ABAQUS by writing the user material subroutine UMAT. The results show that the predicted results of A-V model are lower than the experimental data, and the A-V model is difficult to control ratcheting strain rate. In order to improve the predictive ability of the A-V model, the parameter γ2 of the A-V model is modified using the isotropic hardening criterion, and the extended A-V model is proposed. Comparing the predicted results of the above two models with the experimental data, it is shown that the prediction results of the extended A-V model are in good agreement with the experimental data.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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