Though extensive research has been carried out for the ultimate strength of steel reinforced concrete (SRC) members under static and cyclic load, there was only limited information on the applied analysis models. Modeling of the inelastic response of SRC members can be accomplished by using a microcosmic model. However, generally used microcosmic model, which usually contains a group of parameters, is too complicated to apply in the nonlinear structural computation for large whole buildings. The intent of this paper is to develop an effective modeling approach for the reliable prediction of the inelastic response of SRC columns. Firstly, five SRC columns were tested under cyclic static load and constant axial force. Based on the experimental results, normalized trilinear skeleton curves were then put forward. Theoretical equation of normalizing point (ultimate strength point) was built up according to the load-bearing mechanism of RC columns and verified by the 5 specimens in this test and 14 SRC columns from parallel tests. Since no obvious strength deterioration and pinch effect were observed from the load-displacement curve, hysteresis rule considering only stiffness degradation was proposed through regression analysis. Compared with the experimental results, the applied analysis model is so reasonable to capture the overall cyclic response of SRC columns that it can be easily used in both static and dynamic analysis of the whole SRC structural systems.
The objective of our study is to analyze the behavior of bonded, riveted and hybrid (bonded / riveted) steel / steel assemblies by tensile tests and to show the advantage of a hybrid assembly over other processes. the finite element method with the ABAQUS numerical code was used to model the fracture behavior of the different assemblies. Cohesive zone models (CZM) have been adopted to model crack propagation in bonded joints using a bilinear tensile separation law implemented in the ABAQUS finite element code. The riveted assemblies were modeled with the XFEM damage method identified in this ABAQUS numerical code. Both CZM and XFEM methods are combined to model hybrid assemblies. The results are consistent with the experimental results and make it possible to guarantee the validity of the applied numerical model. The use of a hybrid assembly shows a high resistance compared to other conventional methods, where the number of rivets has been highlighted. The use of the hybrid assembly improves mechanical strength and increases service life compared to a single lap joint and a riveted joint.
In this study, a wear test method was proposed to predict the wear life of the CrN layer coated on the surface of the press tools for manufacturing the auto-parts with ultra high strength steel (UHSS) with a tensile strength of 1.5 GPa. The pin-on-disc type wear test was carried out to confirm the feasibility and the reproducibility of the wear amount according to the test conditions such as the normal force, the sliding velocity, and the sliding speed. The test conditions were obtained from the finite element stamping analysis and the wear simulation. With the wear amount from the wear test, a prediction model of the wear depth in the CrN coating layer was proposed according to the test conditions with the design of experiments such as Taguchi method and the response surface method. The derived prediction model was then compared to the result of the Archard wear model, fully describing that the proposed model can effectively predict the wear life of the press tools for the auto-parts with UHSS.
In this study, numerical analysis and model experiments were conducted to analyze behavioral characteristics acting on the track roadbed with excavation through steel pipe injection, a non-exclusive method of crossing construction under railroad as primary target. In model experiments that simulate injection excavation behaviors with an increase in the depth of soil cover, the upper displacement was measured by construction of the first and the second pipes in order to predict actual behaviors, and the behavior characteristics were verified through numerical analysis. The investigation results showed that surface displacement was smaller under the condition of higher soil cover. In the case of injecting two pipes, when the first pipe was injected, deformation of the surface increased linearly in both settlement and uplift experiments. However, when the second pipe was injected, the amount of change was found to be very small due to the relaxation and plastic zones around the first pipe. In addition, the results of numerical analysis on the same cross section with the model experiment found that the results of investigation into settlement ratio and volume loss were in very good agreement with those obtained by the model experiment.
Compared to conventional flat web I-beams, the prediction of shear buckling stress of corrugated web steel beams (CWSBs) is not straightforward. But the CWSBs combined advantages of lightweight large spans with low-depth high load-bearing capacities justify dealing with such difficulties. This work investigates experimentally and analytically the shear strength of trapezoidal CWSBs. A set of large scale CWSBs are manufactured and tested to failure in shear. The results are compared with widely accepted CWSBs shear strength prediction models. Confirmed by the experimental results, the linear buckling analyses of trapezoidal corrugated webs demonstrated that the local shear buckling occurs only in the flat plane folds of the web, while the global shear buckling occurs over multiple folds of the web. New analytical prediction model accounting for the interaction between the local and global shear buckling of CWSBs is proposed. Experimental results from the current work and previous studies are compared with the proposed analytical prediction model. The predictions of the proposed model are significantly better than all other studied models. In light of the dispersion of test data, accuracy, consistency, and economical aspects of the prediction models, the authors recommend their proposed model for the design of CWSBs over the rest of the models.
Patel, Vipulkumar Ishavarbhai;Liang, Qing Quan;Hadi, Muhammad N.S.
Interaction and multiscale mechanics
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v.5
no.2
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pp.91-104
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2012
There is relatively little numerical study on the behavior of eccentrically loaded high strength rectangular concrete-filled steel tubular (CFST) slender beam-columns with large depth-to-thickness ratios, which may undergo local and global buckling. This paper presents a multiscale numerical model for simulating the interaction local and global buckling behavior of high strength thin-walled rectangular CFST slender beam-columns under eccentric loading. The effects of progressive local buckling are taken into account in the mesoscale model based on fiber element formulations. Computational algorithms based on the M$\ddot{u}$ller's method are developed to obtain complete load-deflection responses of CFST slender beam-columns at the macroscale level. Performance indices are proposed to quantify the performance of CFST slender beam-columns. The accuracy of the multiscale numerical model is examined by comparisons of computer solutions with existing experimental results. The numerical model is utilized to investigate the effects of concrete compressive strength, depth-to-thickness ratio, loading eccentricity ratio and column slenderness ratio on the performance indices. The multiscale numerical model is shown to be accurate and efficient for predicting the interaction buckling behavior of high strength thin-walled CFST slender beam-columns.
Headed studs welded to steel beams and embedded within the concrete of deck slabs are vital components of modern composite floor systems, where safety and economy depend on the accurate predictions of the stud shear resistance. The multitude of existing deck profiles and the complex behavior of studs in deck slab ribs makes developing accurate and reliable mechanical or empirical design models challenging. The paper addresses this issue by presenting a machine learning (ML) model developed from the natural gradient boosting (NGBoost) algorithm capable of producing probabilistic predictions and a database of 464 push-out tests, which is considerably larger than the databases used for developing existing design models. The proposed model outperforms models based on other ML algorithms and existing descriptive equations, including those in EC4 and AISC 360, while offering probabilistic predictions unavailable from other models and producing higher shear resistances for many cases. The present study also showed that the stud shear resistance is insensitive to the concrete elastic modulus, stud welding type, location of slab reinforcement, and other parameters considered important by existing models. The NGBoost model was interpreted by evaluating the feature importance and dependence determined with the SHapley Additive exPlanations (SHAP) method. The model was calibrated via reliability analyses in accordance with the Eurocodes to ensure that its predictions meet the required reliability level and facilitate its use in design. An interactive open-source web application was created and deployed to the cloud to allow for convenient and rapid stud shear resistance predictions with the developed model.
The thermal creep is one of the major factors causing the buckle of steel columns in the fire events. But, few related studies have been reported to evaluate the factors affecting the thermal creep of steel column experimentally or numerically. In this study a series of Fire-resistant steel columns with three different slenderness ratios under a sustained load are tested under a uniform temperature up to six hours in order to evaluate the creep upon three selected factors, temperature, applied load, and column slenderness. Based on experimental results, a proposed creep strain rate model is established as the function of a single parameter of the load ratio of temperature LR(T) to determine the buckling time of steel column due to creep. Furthermore it is found that the creep can be neglected when LR(T) is smaller than 0.77.
Bashir, Muhammad Aun;Furuuchi, Hitoshi;Ueda, Tamon;Bashir, M. Nauman
Steel and Composite Structures
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v.15
no.6
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pp.645-658
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2013
The objective of the study is to predict the moment anchorage capacity of the concrete filled steel box (CFSB) as footing by using the 3D finite element program CAMUI developed by authors' laboratory. The steel box is filled with concrete and concrete filled steel tube (CFT) column is inserted in the box. Numerical simulation of the experimental specimens was carried out after introducing the new constitutive model for post peak behavior of concrete in compression under confinement. The experimental program was conducted to verify the reliability of the simulation results by the FE program. The simulated peak loads agree reasonably with the experimental ones and was controlled by concrete crushing near the column. After confirming the reliability of the FEM simulation, effects of different parameters on the moment anchorage capacity of concrete filled steel box footing were clarified by conducting numerically parametric study.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2003.05a
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pp.493-498
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2003
The 3D nonlinear analysis for steel-concrete hybrid deck is carried out by utilizing 2D plane interface element. The effect of the slip occurred between steel and concrete can be modeled by this element. This analysis focuses on not only global behavior of steel-concrete hybrid deck but also local behaviors of members of it such as lower steel plate, I-beam, and concrete which are varied by slip modulus. In this analysis, it was founded that the limit slip modulus could classify the states of steel-concrete hybrid deck into three parts such as full-composite, partial-composite, and non-composite, considering the behavior of lower steel plate, I-beam, and concrete at the mid span and the support as well as the yield load and ultimate load of it.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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