Steel frame structures have been widely used in multi-storey and high-rise buildings and the connections in these structures are critical. In the Northridge and Kobe Earthquake, beam-column connections suffered damage due to brittle fracture. According to seismic design codes, ductility of the beam to column connection is also necessary. A study on the behavior of a beam to column connection with the aim of improving ductility as well as preventing brittle failure was carried out. In order to control the position of a plastic hinge on the beam, a connection with a hole in the beam web was developed. Five specimens with different parameters under cyclic load were assessed. The results are presented in terms of the stress distribution of the beam, hysteretic behavior, and ultimate capacity. Furthermore, the finite element method was also used to analyze the model, and the results were compared with those obtained from the experiment. It is shown from the analysis and experimental results that this type of connection is effective in terms of improving ductility for a beam to column connection in low-rise buildings.
A novel all-steel miniature bar-type structural fuse (MBSF) with cold formed bolted connections is developed in this study, which consists of a central energy dissipation core cut from a smooth round bar, an external confining tube and nuts. Three types of cross sections for the central energy dissipation core, i.e., triple-cut, double-cut and single-cut cross sections, were studied. Totally 18 specimens were axially tested under either symmetric or asymmetric cyclic loading histories, where the parameters such as cut cross sectional area ratio, length of the yielding portion and cross sectional type were investigated. Numerical simulation of 2 representative specimens were also conducted. An analytical model to evaluate the bending failure at the elastic portion was proposed, and a design method to avoid this failure mode was also presented. The experimental results show that the proposed MBSFs exhibit satisfactory hysteretic performance under both the two cyclic loading histories. Average strain values of 8% and 4% are found to be respectively suitable for designing the new MBSFs as the ultimate strain under the symmetric and asymmetric cyclic loadings.
High-strength structural bolts have been utilized for beam-to-column connections in steel-framed structural buildings. Failure of these components may be caused by the bolt shank fracture or threads stripping-off, documented in the literature. Furthermore, these structural bolts are galvanized for corrosion resistance or quenched-and-tempered in the manufacturing process. This paper adopted the finite element simulation to demonstrate discrete mechanical performance for these bolts under tensile loading conditions, the coated and uncoated numerical model has been built up for two numerical integration methods: explicit and implicit. Experimental testing and numerical methods can fully approach the failure mechanism of these bolts and their ultimate load capacities. Comparison has also been conducted for two numerical integration methods, demonstrating that the explicit integration procedure is also suitable for solving quasi-static problems. Furthermore, by using precise bolt models in T-Stub, more accurately simulate the mechanical behavior of T-Stub, which will lay the foundation of the mechanical properties of steel bolted joints.
The paper combines two distinct parts. First the behavior of welded headed studs with small diameters of 10 and 13 mm acting as shear connectors (which are not embraced in current standards) is studied. Based on standard push tests the load-slip relationships and strengths are evaluated. While the current standard (Eurocode 4 and AISC) formulas used for such studs give reasonable but too conservative strengths, less conservative and full load-slip rigidities are evaluated and recommended for a subsequent investigation or design. In the second part of the paper the partially encased beams under bending are analyzed. Following former experiments showing rather indistinct role of studs used for shear connection in such beams their role is studied. Numerical model employing ANSYS software is presented and validated using former experimental data. Subsequent parametric studies investigate the longitudinal shear between steel and concrete parts of the beams with respect to friction at the steel and concrete interface and contribution of studs with small diameters required predominantly for assembly stages (concreting). Substantial influence of the friction and effect of concrete confinement was observed with rather less noticeable contribution of the studs. Distribution of the longitudinal shear and its sharing between friction and studs is presented with concluding remarks.
This paper focuses on the vibration control of long-span reticulated steel structures under multi-dimensional earthquake excitation. The control system and strategy are constructed based on Magneto-Rheological (MR) dampers. The LQR and Hrovat controlling algorithm is adopted to determine optimal MR damping force, while the modified Bingham model (MBM) and inverse neural network (INN) is proposed to solve the real-time controlling current. Three typical long-span reticulated structural systems are detailedly analyzed, including the double-layer cylindrical reticulated shell, single-layer spherical reticulated shell, and cable suspended arch-truss structure. Results show that the proposed control strategy can reduce the displacement and acceleration effectively for three typical structural systems. The displacement control effect under the earthquake excitation with different PGA is similar, while for the cable suspended arch-truss, the acceleration control effect increase distinctly with the earthquake excitation intensity. Moreover, for the cable suspended arch-truss, the strand stress variation can also be effectively reduced by the MR dampers, which is very important for this kind of structure to ensure that the cable would not be destroyed or relaxed.
The objective of this research is to investigate the mechanical characteristics of the hybrid fiber reinforced composite rebar, which is manufactured from a braidtrusion process. Braidtrusion is a direct composite fabrication technique, utilizing in-line brading and the pultrusion process. hz order to obtain the mechanical behavior of the glass fiber, carbon fiber, and kevlar fiber, the tensile tests are carried out. The results of the fibers are compared with that of steel. Hybrid rebar specimens with various diameters, ranging from model size (3 mm) to full-scale size (9.5 mm), and various cross sections, such as solid and hollow shape, have been manufactured from the braidtrusion process. The tensile and bending tests for the case of the hybrid rebar, the conventional GFRP rebar, and the steel bar have been carried out. The results of the experiments show that the hybrid rebar is superior to the conventional GFRP rebar and the steel bar, from the viewpoint of tensile and bending characteristics.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.12
no.4
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pp.1552-1558
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2011
In this paper, the automotive beam using aluminium foam is designed and the impact analysis is carried out. The analysis model is the beam of actual size with B- type section structure. At the frontal crash of low speed, ANSYS AUTODYN is used by predicting the behavior of deformation and its internal energy. By the use of 7075-T6 aluminum alloy, the weight is reduced as much as 55% than steel. The deformation at the bumper foam of aluminum is similar with that of steel and the impact energy reduction at aluminum is more than steel. The foam filled with aluminum as much as 50 % has more impact energy absorption than the completely filled aluminum foam.
Park, Jong Won;Kang, Hae Kwan;Lee, Sang Hoon;Kim, Young Chan
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.10
no.1
s.34
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pp.25-35
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1998
A moment connection of H beam-to-rectangular tube column with external stiffeners was proposed. A formula to predict the ultimate strength of the connection was derived based on the yield line mechanism. Experimental investigation was performed to determine the applicability of the connection type and the strength formula. The ultimate strengths computed by the formula agreed well with the experimental values.
The shape of cold rolled steel sheets is defined as the degree of flatness, and the flatter, the better. Because undesirable strip shapes of cold rolled steel sheets can affect not only visible problem but also automatic working process in customer's lines, the requirement of the customers is more and more stringent. So we usually used the tension leveler to make high quality of strip flatness. For the improvement of the quality of strip flatness, this report developed three- dimensional FEM (Finite Element Method) simulation model, and analysis about the strain and stress distribution of strip in the tension leveling process. The numerical study can be summarized as follows. (1) If we pass the edge wave material (steepness: $1.0\%$) that the stress-difference between the strip center and the edge is 5.2kgf through tension leveler. the stress-difference is decreased 0.45kgf and the steepness is improved to $0.29\%$. (2) If the Intermesh is increased from 6mm to 7mm, the steepness is improved from $0.294\%$ to $0.268\%$. (3) If the initial steepness is decreased form $1.0\%$ to $0.75\%$, the final steepness is improved from $0.294\%$ to $0.263\%$. We know that more increased intermesh and lower initial steepness make the final steepness improved.
There are presently two general ways of accounting for hazardous metal creep in structural fire analyses: either we incorporate creep strains implicitly in hardening model ('implicit-creep' plasticity) or we account for creep explicitly ('explicit-creep' plasticity). The first approach is simpler and usually used for fast engineering applications, e.g., following proposals of EN 1993-1-2. Prioritizing this approach without consideration of its limitations, however, may lead to significant error. So far the possible levels of such error have been demonstrated by few researchers for individual structural elements (i.e., beams and columns). This paper, however, presents analyses also for selected beam-girder assemblies. Special numerical models are developed correspondingly and they are validated and verified. Their important novelty is that they do not only account for creep in individual members but also for creep in between-member connections. The paper finally shows that outside the declared applicability limits of the implicit-creep plasticity models, the failure times predicted by the applied alternative explicit-creep models can be as much as 40% shorter. Within the limits, however, the discrepancies might be negligible for majority of cases with the exception of about 20% discrepancies found in one analysed example.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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