Steel concentrically braced frame is an efficient system that can acquire resistance against the lateral force of buildings with the least amount of quantity. In this study is intended to proceed on the research of schemes for reinforcement by supplementing previously installed H-formed brace with non-welded cold-formed plastic stiffening materials restricting the flexure and buckling and acquire a consistent strength on the tensile and compressive force. As for the measures of supplementing previously-installed inverted V-formed braced frame, stiffening materials in the previous studies were converted to weak-axial supplementing materials to suggest a specific scheme evaluating the structural function through an experiment of members, interpretation of members, and frame-focused experiment. Reinforced brace satisfied the requirement to be prevent AISC brace from being ruptured due to imbalanced strength in the beam.
Song, Jin Young;Lee, Donghun;Erikson, James;Hao, Jianming;Wu, Teng;Kim, Bonghwan
International Journal of High-Rise Buildings
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v.7
no.1
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pp.17-32
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2018
This paper explores the function of a structural skin with an embossed surface applicable to use for tall building structures. The major diagrid system with a secondary embossed surface structure provides an enhanced perimeter structural system by increasing tube section areas and reduces aerodynamic loads by disorienting major organized structure of winds. A parametric study used to investigate an optimized configuration of the embossed structure revealed that the embossed structure has a structural advantage in stiffening the structure, reducing lateral drift to 90% compared to a non-embossed diagrid baseline model, and results of wind load analysis using computational fluid dynamics, demonstrated the proposed embossed system can reduce. The resulting undulating embossed skin geometry presents both opportunities for incorporating versatile interior environments as well as unique challenges for daylighting and thermal control of the envelope. Solar and thermal control requires multiple daylighting solutions to address each local façade surface condition in order to reduce energy loads and meet occupant comfort standards. These findings illustrate that although more complex in geometry, architects and engineers can produce tall buildings that have less impact on our environment by utilizing structural forms that reduce structural steel needed for stiffening, thus reducing embodied $CO^2$, while positively affecting indoor quality and energy performance, all possible while creating a unique urban iconography derived from the performance of building skin.
This paper describes a proposal for average crack width and immediate deflection calculation in structural concrete members. The model is mathematically derived from actual bond stressslip relationships and tension stiffening effect between reinforcement and the surrounding concrete, and the actual strains of steel and concrete are integrated respectively along the embedded length between the adjacent cracks so as to obtain the difference in the axial elongation. With these, a model for average crack width and immediate deflection in reinforced concrete flexural members are proposed utilizing difference in the axial elongation and average steel strain and moment-curvature relationship with taking account of bond characteristics. The model is applied to the test specimens available in literatures, and the crack width and deflections predicted by the proposal equation in this study are closed to the experimentally measured data compared the current code provisions.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.04a
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pp.141-144
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2008
Deflection in terms of serviceability of reinforced concrete structures is considered as one of significant factor. Domestic concrete specification offers a procedure to evaluate deflection using effective moment of inertia at cracked section, which has been known as Branson's equation in ACI. Branson's equation was derived from statistical analysis of maximum deflection of flexural members, but is somewhat weak in no reflection of bond characteristics between reinforced bars and concrete, such as tension stiffening effect. Therefore, present code creates difference from actual deflection. In this study, experiments about deflection of RC beams was completed to compare domestic standard and Eurocode 2, which calculates deflection considering tension stiffening effect. Four RC beams were built and tested, and initial modulus of elasticity and tensile strength of concrete used in the test was calculated by each design standard.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.7
no.2
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pp.69-77
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1987
A finite element method has been developed to study the material nonlinear analysis of reinforced concrte structures. Concrete behavior under the biaxial state of stress is represented by a nonlinear constitutive relationship which incorporates tensile cracking, tensile stiffening effect between cracks and the strain-softening phenomenon beyond the maximum compressive strength. The concrete model used is based upon nonlinear elasticity by assuming concrete to be an orthotropic material and modeled as equivalent uniaxial stress-strain constitutive relationship using equivalent uniaxial strain. The streel reinforcement is assumed to be in a uniaxial stress state and is modeled as a bilinear, elasto-plastic material with strain hardening approximating the Bauschinger effect. In plane stress state, R.C. beams is modeled as a quadratic element that has two degrees of freedom in each node. And this results of finite element analysis are compared with the experimential results of midspan deflection, stresses and strains.
Two cases of design are performed for the hyperbolic paraboloid saddle shell (Lin-Scordelis saddle shell) and the hyperbolic cooling tower (Grand Gulf cooling tower) to check the design strength against a consistent design load, therefore to verify the adequacy of the design algorithm. An iterative numerical computational algorithm is developed for combined membrane and flexural forces, which is based on equilibrium consideration for the limit state of reinforcement and cracked concrete. The design algorithm is implemented in a finite element analysis computer program developed by Mahmoud and Gupta. The amount of reinforcement is then determined at the center of each element by an elastic finite element analysis with the design ultimate load. Based on ultimate nonlinear analyses performed with designed saddle shell, the analytically calculated ultimate load exceeded the design ultimate load from 7% to 34% for analyses with various magnitude of tension stiffening. For the cooling tower problem the calculated ultimate load exceeded the design ultimate load from 26% to 63% with similar types of analyses. Since the effective tension stiffening would vary over the life of the shells due to environmental factors, a degree of uncertainty seems inevitable in calculating the actual failure load by means of numerical analysis. Even though the ultimate loads are strongly dependent on the tensile properties of concrete, the calculated ultimate loads are higher than the design ultimate loads for both design cases. For the cases designed, the design algorithm gives a lower bound on the design ultimate load with respect to the lower bound theorem. This shows the adequacy of the design algorithm developed, at least for the shells studied. The presented design algorithm for the combined membrane and flexural forces can be evolved as a general design method for reinforced concrete plates and shells through further studies involving the performance of multiple designs and the analyses of differing shell configurations.
Frequently, steel silos are supported by discrete supports or columns to permit easy access beneath the barrel. In such cases, large loads are transferred to the limited number of supports, causing locally high axial compressive stress concentrations in the shell wall above the supports. If not dealt with properly, these increased stresses will lead to premature failure of the silo due to local instability in the regions above the supports. Local stiffening near the supports is a way to improve the buckling resistance, as material is added in the region of elevated stresses, levelling these out to values found in uniformly supported silos. The aim of a study on the properties of local stiffening will then be to increase the failure load, governed by an interaction of plastic collapse and elastic instability, to that of a discrete supported silo. However, during the course of such a study it was found that, although the failure remains local, the cylinder height is also a parameter that influences the failure mechanism, a fact that is not properly taken into account in current design practice and codes. This paper describes the mechanism behind the effect of the cylinder height on the failure load, which is related to pre-buckling deformations of the shell structure. All results and conclusions are based on geometrically and materially non-linear finite element analyses.
Ground motion records are commonly used for fragility curves (FCs) developing utilized in seismic loss estimating analysis for earthquake prone zones. These records could be 'real', say the recorded acceleration time series or 'simulated' records consistent with the regional seismicity and produced by use of alternative simulation methods. This study has focused on fragility curves developing for masonry buildings through computational 'simulated' ground motion records while evaluating the properness of these fragilities compared to the curves generated by the use of 'real' records. Assessing the dynamic responses of structures, nonlinear computational time history analyses through the equivalent single degree of freedom systems have been implemented on OpenSees platform. Accordingly, computational structural analyses of multi-story 3D frame structures with different stiffening members considering soil interaction have been carried out with finite element software according to (1992) Earthquake East-West component. The obtained results have been compared to each frame regarding soil interaction. Conclusion and recommendations with the discuss of obtaining findings are presented.
The main goal of this study is to prepare a program for analyzing High Strength Steel Fibrous Reinforced Concrete (HSSFRC) slabs and predict the response and strength of the slab instead of preparing a prototype and testing it in the laboratory. For this purpose, new equations are proposed to represent the material properties of High Strength Steel Fibrous Reinforced Concrete. The proposed equations obtained from performing regression analysis on many experimental results using statistical programs. The finite element method is adopted for non-linear analysis of the slabs. The eight-node "Serendipity element" (3 DoF) is chosen to represent the concrete. The layered approach is adopted for concrete elements and the steel reinforcement is represented by a smeared layer. The compression properties of the concrete are modeled by a work hardening plasticity approach and the yield condition is determined depending on the first two stress invariants. A tensile strength criterion is adopted in order to estimate the cracks propagation. many experimental results for testing slabs are compared with the numerical results of the present study and a good agreement is achieved regarding load-deflection curves and crack pattern. The response of the load deflection curve is slightly stiff at the beginning because the creep effect is not considered in this study and for assuming perfect bond between the steel reinforcement and the concrete, however, a great agreement is achieved between the ultimate load from the present study and experimental results. For the models of the tension stiffening and cracked shear modulus, the value of Bg and Bt (Where Bg and Bt are the curvature factor for the cracked shear modulus and tension stiffening models respectively) equal to 0.005 give good results compared with experimental result.
A modeling method for the modal analysis of rotating beam structures having complex configurations employing multi-reference frames is presented in the present study. In most structural analysis methods, single reference frame is employed for the modal analysis. For simple structures such as single beam or single plate, the method of employing single reference frame usually provides rapidly converging accurate results. However, for general structures having complex configurations, such a method provides slowly converging, and often erroneous, results. In the present study, the effects of employing multi-reference frames on the convergence and the accuracy of the modal analysis of rotating beam structures having complex configurations are investigated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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