This paper proposes a one-dimensional fiber beam element model taking account of materially non-linear behavior, benefiting the highly efficient elastic-plastic analysis of girders with shear-lag effects. Based on the displacement-based fiber beam-column element, two additional degrees of freedom (DOFs) are added into the proposed model to consider the shear-lag warping deformations of the slabs. The new finite element (FE) formulations of the tangent stiffness matrix and resisting force vector are deduced with the variational principle of the minimum potential energy. Then the proposed element is implemented in the OpenSees computational framework as a newly developed element, and the full Newton iteration method is adopted for an iterative solution. The typical materially non-linear behaviors, including the cracking and crushing of concrete, as well as the plasticity of the reinforcement and steel girder, are all considered in the model. The proposed model is applied to several test cases under elastic or plastic loading states and compared with the solutions of theoretical models, tests, and shell/solid refined FE models. The results of these comparisons indicate the accuracy and applicability of the proposed model for the analysis of both concrete box girders and steel-concrete composite girders, under either elastic or plastic states.
In order to theoretically analyze the creep behavior of high Cr steel at $600^{\circ}C$, a unified elasto-viscoplastic constitutive model based on the consideration of dislocation density is proposed. A combination of a kinetic equation describing the mechanical response of a material at a given microstructure in terms of dislocation glide and evolution equations for internal variables characterizing the microstructure provides the constitutive equations of the model. Microstructural features of the material such as the grain size and spacing between second phase particles are directly implemented in the constitutive equations. The internal variables are associated with the total dislocation density in a simple model. The model has a modular structure and can be adjusted to describe a creep behavior using the material parameters obtained from uniaxial tensile tests.
By considering the creep characteristics of concrete core under eccentric compression, a creep model of concrete filled steel tubes (CFT) columns under eccentric compressive loads is proposed based on the concrete creep model B3. In this proposed model, a discrete element method is introduced to transform the eccentric loading into axial loading. The validity of the model is verified by comparing the predicting results with the published creep experiments results on CFT specimens under compressive loading, together with the predicting values based on other concrete creep models, such as ACI209, CEB90, GL2000 and elastic continuation and plastic flow theory. By using the proposed model, a parameters study is carried out to analysis the effects of practical design parameters, such as concrete mix (e.g. water to cement ratio, aggregate to cement ratio), steel ratio and eccentricity ratio, on the creep of CFT columns under eccentric compressive loading.
The steel fiber reinforced concrete may affect substantially to the tension stiffening at post cracking behavior. Even if several tension stiffening models exist, they are for plain and normal strength concrete. Thus, the development of tension stiffening models for steel fibrous high strength RC members are necessary at this time when steel fiber reinforced and high strength concretes are common in use. This paper presents tension stiffening effects from experimental results on direct tension members with the main variables such as concrete strength, concrete cover depth, steel fiber quantity and aspect ratio. The comparison of existing models against experimental results indicated that linear reduced model closely estimated the test results at normal strength level but overestimated at high strength level. Discontinuity stress reduced model underestimated at both strength levels. These existing models were not valid enough in applying at steel fibrous high strength concrete because they couldn't consider the concrete strength nor section area. Thus, new tension stiffening models for high strength and steel fiber reinforced concrete were proposed from the analysis of experimental results, considering concrete strength, rebar diameter, concrete cover depth, and steel fiber reinforcement.
Steel systems composed of Reinforced Concrete column to Steel beam connection (RCS) have been raised as a structural system in the past few years. The optimized combination of steel-concrete structural elements has the advantages of both systems. Through beam and through column connections are two main categories in RCS systems. This study includes finite-element analyses of mentioned connection to investigate the seismic performance of RCS connections. The finite element model using ABAQUS software has been verified with experimental results of a through beam type connection tested in Taiwan in 2005. According to verified finite element model a parametric study has been carried out on five RCS frames with different types of lateral restraint system. The main objective of this study is to investigate the forming of plastic hinges, distribution of stresses, ductility and stiffness of these models. The results of current research showed good performance of composite systems including concrete column-steel beam in combination with steel shear wall and bracing system, are very desirable. The results show that the linear stiffness of models with X bracing and steel shear wall increase remarkably and their ultimate strength increase about three times rather than other RCS frames.
Steel industry in Korea is a key national industry that has led economic growth for a long time. And accidents occurred from a variety of causes has endlessly made as much as remarkable achievements of steel industry. It is a fact that research achievements of disaster prevention in steel industry has not been significantly, compared to production technique achievements. And the level of interest on safety management in the steel industry is conspicuously low. Although support activity for a various safety management are provided reasonably to prevent disasters occurring with subcontractors. A method capable of quantitative evaluation, applied to subcontractors in most business places are relatively rare except parent firms-leading places. This study is to make and show safety management activities to purcue in advance in conjunction with a parent firm through development of a more systematic and quantitative evaluation model for disaster prevention with steel industry subcontractors, and to contribute to disaster prevention in domestic steel industry through advanced safety management method, by applying a proposed evaluation model of safety management activities as subcontractors in steel industry.
A new unified design formula for calculating the composite compressive strength of the axially loaded circular concrete filled double steel tubular (CFDST) short and slender columns is presented in this paper. The formula is obtained from the analytic solution by using the limit equilibrium theory, the cylinder theory and the "Unified theory" under axial compression. Furthermore, the stability factor of CFDST slender columns is derived on the basis of the Perry-Robertson formula. This paper also reports the results of experiments and finite element analysis carried out on concrete filled double steel tubular columns, where the tested specimens include short and slender columns with different steel ratio and yield strength of inner tube; a new constitutive model for the concrete confined by both the outer and inner steel tube is proposed and incorporated in the finite element model developed. The comparisons among the finite element results, experimental results, and theoretical predictions show a good agreement in predicting the behavior and strength of the concrete filled steel tubular (CFST) columns with or without inner steel tubes. An important characteristic of the new formulas is that they provide a unified formulation for both the plain CFST and CFDST columns relating to the compressive strength or the stability bearing capacity and a set of design parameters.
This paper introduces an improved design equation to evaluate the resisting capacity of circular reinforced concrete (RC) columns partially strengthened with outer steel tube. When RC column members are required to be strengthened according to the change in the loadings considered and/or the deterioration progress in columns, wrapping up RC column with steel circular tube, which takes the form of concrete filled steel tube (CFST), has been popularly considered because of its structural advantage induced from the confinement effect. However, the relatively high construction cost of steel tube is restricting its use to the required region, while deriving the shape of a partial CFST column. To evaluate the resisting capacity of a partial CFST column, numerical analyses need to be performed, and a numerical model proposed in the previous study for the numerical analysis of full CFST columns is used to conduct parametric studies for the introduction of a design equation. The bond-slip effect developed along the interface between the in-filled concrete and the exterior steel tube is taken into consideration and the validity of the numerical model has been established through correlation studies between experimental data and numerical results for partial CFST circular columns. Moreover, parametric studies make it possible to introduce a design equation for determining the optimum length of outer steel tube which produces partial CFST circular columns.
Composite flooring systems consisting of cold-formed steel joists and reinforced concrete slabs offer an efficient, lightweight solution. However, utilisation of composite action to achieve enhanced strength and economical design has been limited. In this study, finite element modelling was utilised to create a three-dimensional model which was then validated against experimental results for a composite flooring system consisting of cold-formed steel joists, reinforced concrete slab and steel bolt shear connectors. This validated numerical model was then utilised to perform parametric studies on the performance of the structural system. The results from the parametric study demonstrate that increased thickness of the concrete slab and increased thickness of the cold formed steel beam resulted in higher moment capacity and stiffness of the composite flooring system. In addition, reducing the spacing of bolts and spacing of the cold formed steel beams both resulted in enhanced load capacity of the composite system. Increasing the concrete grade was also found to increase the moment capacity of the composite flooring system. Overall, the results show that an efficient, lightweight composite flooring system can be achieved and optimised by selecting suitable concrete slab thickness, cold formed beam thickness, bolt spacing, cold formed beam spacing and concrete grade.
This paper reports experimental investigation on shear behavior of steel reinforced concrete (SRC) shallow floor beam, where the steel shape is embedded in concrete and the high strength bolts are used to transfer the shear force along the interface between the steel shape and concrete. Six specimens were conducted aiming to provide information on shear performance and explore the shear bearing capacity of SRC shallow floor beams. The effects of the height of concrete slab, the size and the type of the steel section on shear performance of beams were also analyzed in the test. Based on the strut-and-tie model, the shear strength of the SRC shallow floor beam was proposed. Experimental results showed that composite shallow floor beam exhibited satisfactory composite behavior and all of the specimen failed in shear failure. The shear bearing capacity increased with the increasing of height of concrete slab and the size of steel shape, and the bearing capacities of beam specimens with castellated steel shape was slightly lower than those of specimens with H-shaped steel section. Furthermore, the calculations for evaluating the shear bearing capacity of SRC shallow floor beam were verified to be reasonable.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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