Jiao, Jinfeng;Ma, Xiao;Lei, Honggang;Chen, Y. Frank
International journal of steel structures
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v.18
no.5
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pp.1525-1540
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2018
A test rig with multi-functional purposes was specifically designed and manufactured to study the behavior of multi-planar welded tubular joints subjected to multi-planar concurrent axial loading. An experimental investigation was conducted on full-scale welded tubular joints with each consisting of one chord and eight braces under monotonic loading conditions. Two pairs or four representative specimens (two specimens for each joint type) were tested, in which each pair was reinforced with two kinds of different internal stiffeners at the intersections between the chords using welded rectangular hollow steel sections (RHSSs) and the braces using rolled circular hollow steel sections (CHSSs) and welded RHSSs. The effects of different internal stiffeners at the chord-brace intersection on the load capacity of joints under concurrent multi-planar axial compression/tension are discussed. The test results of joint strengths, failure modes, and load-stress curves are presented. Finite element analyses were performed to verify the experimental results. The study results show that the two different joint types with the internal stiffeners at the chord-brace intersection under axial compression/tension significantly increase the corresponding ultimate strength to far exceed the usual design strength. The load carrying capacity of welded tubular joints decreases with a higher degree of the manufacturing imperfection in individual braces at the tubular joints. Furthermore, the interaction effect of the concurrent axial loading applied at the welded tubular joint on member stress is apparent.
In this study, the explicit numerical algorithm was proposed to simulate the stress erection process and ultimate-load analysis of the strarch (stressed arch) system. The strarch system is a unique and innovative structural system and member prestress comprising prefabricated plane truss frames erected through a post-tensioning stress erection procedure. The flexible bottom chord, which has sleeve and gap details, is closed by the reaction force of the prestressing tendon. The prestress imposed on the tendon will enable the strarch system to be erected. This post-tensioning process is called "stress erection process." During this process, plastic rigid-body rotation occurs to the flexible top chord due to the excessive amount of plastic strain, and the structural characteristic is unstable. In this study, the dynamic relaxation method (DRM) was adopted to calculate the nonlinear equilibrium equation of the system, and a displacement-based finite-element-formulated filament beam element was used to simulate the nonlinear behavior of the top chord sections of the strarch system. The section of the filament beam element was composed by the amount of filaments, which can be modeled by various material models. The Ramberg-Osgood and bilinear kinematic elastic plastic material models were formulated for the nonlinear material behaviors of the filaments. The numerical results that were obtained in the present study were compared with the experiment results of the stress erection and with the results of the ultimate-load analysis of the strarch unit frame. The results of the present studies are in good agreement with the previous experiment results, and the explicit DRM enabled the analysis of the post-buckling behaviors of the strarch unit frame.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.20
no.5
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pp.511-520
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2007
There is a concern with worldwide deterioration of highway bridges, particularly reinforced concrete. The advantages of fibre reinforced plastic(FRP) composites over conventional materials motivate their use in highway bridges for replacement of structures. Recently, an FRP deck has been installed on a state highway, located in New York State, as an experimental project. In this paper, a systematic approach for analysis of this FRP deck bridge is presented. Multi-step linear numerical analyses have been performed using the finite element method to study the structural behavior and the possible failure mechanism of the FRP deck-superstructure system. Deck's self-weight and ply orientations at the interface between steel girders and FRP deck are considered in this study. From this research, the results of the numerical analyses were corroborated with field test results. Analytical results reveal several potential failure mechanism for the FRP deck and truss bridge system. The results presented in this study may be used to propose engineering design guideline for new and replacement FRP bridge deck structure.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.2A
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pp.281-288
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2008
The Prestressed Concrete (hereinafter PSC) box girder bridges with corrugated steel webs have been drawing an attention as a new structure type of PSC bridge fully utilizing the feature of concrete and steel. However, the previous study focused on the shear buckling of the corrugated steel web and development of connection between concrete flange and steel web. Therefore, it needs to perform a study on the torsional behavior and develop the rational torsional analysis model for PSC box girder with corrugated steel web. In this study, torsional analysis model is developed using Rausch's equation based on space truss model, equilibrium equation considering softening effect of reinforced concrete element and compatibility equation. Validation studies are performed on developed model through the comparison with the experimental results of loading test for PSC box girder with corrugated steel webs. Parametric studies are also performed to investigate the effect of prestressing force and concrete strength in torsional behavior of PSC box girder with corrugated steel web. The modified correction factor is also derived for the torsional coefficient of PSC box girder with corrugated steel web through the parametric study using the proposed anlaytical model.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.35
no.1
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pp.85-92
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2015
It is well known that axial tension decreases the shear strength of RC & PSC beams without transverse reinforcement, and axial compression increases the shear resistance. What is perhaps not very well understood is how much the shear resistance capacity is influenced by axial load. RC beams without shear reinforcement subjected to large axial compression and shear may fail in a very brittle manner at the instance of first diagonal cracking. As a result, a conservative approach should be used for such members. According to the ACI Code, the shear strength in web is calculated by effect of axial force and the vertical force in the stirrups calculated by $45^{\circ}$ truss model. This study was performed to examine the effect of axial force in reinforced concrete beams by nonlinear FEM program (ATENA-2D).
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.33
no.3
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pp.193-199
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2020
This study examines a method for identifying stiffness reductions in structures subjected to seismic loads and retrofitting effects using a combination of the finite element method and an advanced genetic algorithm. The novelty of this study is the application of seismic loading and its response to anomalies in the tested structure. The technique described in this study may enable not only detection of damaged elements but also the identification of their locations and the extent of damage due to seismic loading. To demonstrate the feasibility of the method, the advanced genetic algorithm is applied to frame and truss bridge structures subjected to El Centro and Pohang seismic loads. The results reveal the excellent computational efficiency of the method and its ability to prevent severe damage from earthquakes.
Moradipour, Parviz;Chan, Tommy H.T.;Gallag, Chaminda
Structural Engineering and Mechanics
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v.54
no.1
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pp.105-119
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2015
Structural damage detection using modal strain energy (MSE) is one of the most efficient and reliable structural health monitoring techniques. However, some of the existing MSE methods have been validated for special types of structures such as beams or steel truss bridges which demands improving the available methods. The purpose of this study is to improve an efficient modal strain energy method to detect and quantify the damage in complex structures at early stage of formation. In this paper, a modal strain energy method was mathematically developed and then numerically applied to a fixed-end beam and a three-story frame including single and multiple damage scenarios in absence and presence of up to five per cent noise. For each damage scenario, all mode shapes and natural frequencies of intact structures and the first five mode shapes of assumed damaged structures were obtained using STRAND7. The derived mode shapes of each intact and damaged structure at any damage scenario were then separately used in the improved formulation using MATLAB to detect the location and quantify the severity of damage as compared to those obtained from previous method. It was found that the improved method is more accurate, efficient and convergent than its predecessors. The outcomes of this study can be safely and inexpensively used for structural health monitoring to minimize the loss of lives and property by identifying the unforeseen structural damages.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.24
no.5
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pp.513-520
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2011
In this paper, the advanced explicit algorithm is proposed to simulate the stress-erection process analysis of Strarch system. The Strarch(Stressed-Arch) system is a unique and innovative structural system and member prestress comprising prefabricated plane truss frames which are erected by a post-tensioning stress-erection procedure. The flexible bottom chord which have sleeve and gap detail are closed by the reaction force of prestressing tendon. The prestress imposing to the tendon will make the Strarch system to be erected. This post tensioning process is called as "stress-erection process". During the stress-erection process, the plastic rigid body rotation is occurred to the flexible top chord by the excessive amount of plastic strain, and the structural characteristic becomes to be unstable. In this study, the large deformational beam-column element with plastic hinge is used to model the flexible top chord, and the advanced Dynamic Relaxation method(DRM) are applied to the unstable problem of stress-erection process of Strarch system. Finally, the verification of proposed explicit algorithm is evaluated by analysing the stress-erection of real project of Strarch system.
Kim, J.Y.;Kil, H.Y.;Cho, G.C.;Kim, J.H.;Chung, W.J.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2006.05a
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pp.295-299
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2006
The inner-structure bonded(ISB) sheet metal is defined as a composite sheet metal which has middle layer of truss-structure between two skin sheets. The characteristics such as ultra-light weight, high rigidity, high strength, etc are required especially for automobile parts. The characteristic of ISB sheet metal depends on inner-structure pattern or method of bonding. Pyramid type of crimped expanded metal is used for inner-structure and both of resistance welding and adhesive bonding are applied to make a specimen. As a result of compression test, it is appeared that forming limit is 10% reduction in thickness under a load of 8kgf per unit element(one inner-structure). In case of uniaxial tensile test the non-uniform surface integrity rather than the buckling of inner-structure happened at a load of 450kgf, which indicates elongation of 7.2% and thickness reduction of 13%. The eye-inspection method was applied to examine the defects occurring on the specimen during stretch forming. In case of biaxial stretch forming only the non-uniform deformation on the surface of a skin sheet could be observed. The forming limit in stretching of ISB sheet metal with the hemi-spherical punch of 150mm in diameter was 3mm in forming depth and 5% reduction in thickness.
Space structure is a appropriate shape that resists external force only with in-plane force by reducing the influence of bending moment, and it maximizes the effectiveness of structure system. The space structure should be analized by nonlinear analysis regardless static and dynamic analysis because it accompanies large deflection for member. To analyze the structure of the space structure exactly generally geometrically nonlinear and material nonlinear, complex nonlinear analysis are considered. To settle the weakness that geometric nonlinear problem does not consider nonlinear as per trait and position of the structure material and that the nonlinear matter of structure material also does not consider nonlinear as per geometric form. Therefore, In this paper, analysis is considered geometric nonlinear and material nonlinear simultaneous conditioning, and traced load-deflection curve by using ABAQUS which is the general purpose of the finite element program.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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