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[en] COMPUTATIONAL MODELLING OF SEMI-RIGID STEEL PORTAL FRAMES / [pt] MODELAGEM COMPUTACIONAL DE ESTRUTURAS DE AÇO COM LIGAÇÕES SEMI-RÍGIDASALEXANDRE ALMEIDA DEL SAVIO 14 April 2004 (has links)
[pt] Nos últimos tempos, vários pesquisadores têm desenvolvido
formulações ou proposições geometricamente não-lineares
para elementos finitos com a finalidade de se examinar o
comportamento de pórticos com ligações semirígidas. Dentre
estes trabalhos destaca-se o de Chan e Chui [6], que
desenvolveram um elemento de barra híbrido com duas molas,
com rigidez a rotação, condensadas nas suas extremidades.
Implementado o elemento híbrido proposto por Chan e Chui
[6] no solver FEMOOP [28] e testado, pode-se constatar que
este elemento apresenta um comportamento inadequado na
representação dos momentos fletores, quando submetido a
cargas distribuídas. Esta constatação conduziu a
implementação de um novo elemento, elemento de ligação,
proposto neste trabalho, que se comportasse adequadamente
em qualquer situação de carregamento. O uso deste elemento
tornou possível modelar mais precisamente o comportamento
da estrutura, sem a necessidade de qualquer tipo de
discretização do carregamento. Além disso, este elemento de
ligação também permite simular análises elasto-plásticas das
ligações e até mesmo das barras da estrutura. Assim, este
trabalho tem como principal objetivo validar, com base em
investigações presentes na literatura, as formulações
implementadas relativa à análise linear (elemento híbrido e
elemento de ligação) e não-linear (elemento de ligação) de
sistemas estruturais semi-rígidos, bem como as
implementações computacionais realizadas para essa
metodologia. Desta forma, foi desenvolvido um sistema,
chamado FTOOL/SRC, que possibilita a geração de análises
paramétricas que balizem o uso adequado de ligações semi-
rígidas, de forma simples e compacta graças a uma interface
gráfica eficiente e ao uso de um resolvedor externo FEMOOP
[28]. / [en] Over the past few years various researchers have been
developing geometrically non-linear finite elements
formulations with the purpose of examining the behaviour of
frames with semi-rigid connections. Among these works it is
appropriate to mention Chan and Chui, [6], that developed a
hybrid finite bar element containing two rotational springs
condensed at its extremities. As this hybrid finite
element, Chan and Chui [6] was implemented and tested in
the solver FEMOOP, [28], it was verified that it presented
an inadequate representation of bending moments, when
distributed loads were used. This verification led the
implementation of a rotational spring finite element
that could tackle any loading conditions. The use of this
element enables the users to accurate model the structural
behaviour, without the need of any additional loading
discretization. Additionally, this connection element also
allows elasto-plastic simulation analyses of the
connections, and even of the structures bars, to be
performed. The main objective of the present investigation
was to validate, based in updated literature
investigations, the finite element formulations implemented.
These procedures included linear (hybrid element and
connection element) and non-linear (connection element)
analysis of semi-rigid structural systems. The
implementations were made by the development of a system,
called FTOOL/SRC. This system enables parametric analyses
of semi-rigid connections to be performed in a simple and
compact form due to the use of an efficient graphic
interface and a compact external solver FEMOOP [28].
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[en] BEHAVIOUR OF STRUCTURAL STEEL ENDPLATE JOINTS SUBJECTED TO BENDING MOMENT AND AXIAL FORCE / [pt] COMPORTAMENTO DE LIGAÇÕES COM PLACA DE EXTREMIDADE EM ESTRUTURAS DE AÇO SUBMETIDAS A MOMENTO FLETOR E FORÇA AXIALLUCIANO RODRIGUES ORNELAS DE LIMA 19 November 2003 (has links)
[pt] Tradicionalmente, o projeto de pórticos em estruturas de
aço assume que as ligações viga-coluna são rígidas ou
flexíveis. As ligações rígidas, onde não ocorre nenhuma
rotação entre os membros conectados, transferem não só
momento fletor, mas também força cortante e força normal.
Por outro lado, as ligações flexíveis são caracterizadas
pela liberdade de rotação entre os membros conectados
impedindo a transmissão de momento fletor.
Desconsiderando-
se estes fatos, sabe-se que a grande maioria das
ligações não possuem este comportamento idealizado. De
fato, a maioria das ligações transfere algum momento
fletor
com um nível de rotação associado. Estas ligações são
chamadas semi-rígidas e seu dimensionamento deve ser
executado de acordo com este comportamento estrutural
real.
Porém, algumas ligações viga-coluna estão sujeitas a uma
combinação de momento fletor e esforço axial. O nível de
esforço axial pode ser significativo, principalmente em
ligações de pórticos metálicos com vigas inclinadas, em
pórticos não-contraventados ou em pórticos com pavimentos
incompletos. As normas atuais de dimensionamento de
ligações estruturais em aço não consideram a presença de
esforço axial (tração e/ou compressão) nas ligações.
Uma limitação empírica de 5 por cento da resistência plástica da
viga é a única condição imposta no Eurocode 3. O objetivo
deste trabalho é descrever alguns resultados
experimentais
e numéricos para estender a filosofia do método das
componentes para ligações com ações combinadas de momento
fletor e esforço axial. Para se cumprir este objetivo,
quinze ensaios foram realizados e um modelo mecânico é
apresentado para ser usado na avaliação das propriedades
da
ligação: resistência à flexão, rigidez inicial e
capacidade
de rotação. / [en] Traditionally, the steel portal frame design assumes that beam-to-column
joints are rigid or pinned. Rigid joints, where no relative rotations occur between
the connected members, transfer not only substantial bending moments, but also
shear and axial forces. On the other extreme, pinned joints, are characterised by
almost free rotation movement between the connected elements that prevents
the transmission of bending moments.
Despite these facts, it is largely recognised that the great majority of joints
does not exhibit such idealised behaviour. In fact, many joints transfer some
bending moments associated with rotations. These joints are called semi-rigid,
and their design should be performed according to their real structural behaviour.
However, some steel beam-to-column joints are often subjected to a
combination of bending and axial forces. The level of axial forces in the joint may
be significant, typical of pitched-roof portal frames, sway frames or frames with
incomplete floors. Current standard for steel joints do not take into account the
presence of axial forces (tension and/or compression) in the joints. A single
empirical limitation of 5 percent of the beam s plastic axial capacity is the only enforced
provision in Annex J of Eurocode 3. The objective of the present work is to
describe some experimental and numerical results to extend the philosophy of
the component method to deal with the combined action of bending and axial
forces. To fulfil this objective a set of sixteen specimens were performed and a
mechanical model was developed to be used in the evaluation of the joint
properties: bending moment resistance, initial stiffness and rotation capacity.
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Modelagem numérica de ligações viga-coluna em aço sob momento fletor e força normal. / Numerical modeling of steel beam-to-column joints subjected to bending and normal force.Monique Cordeiro Rodrigues 14 August 2009 (has links)
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / As ligações desempenham um papel fundamental no comportamento global das estruturas de aço. Inúmeros trabalhos de pesquisa têm sido desenvolvidos para entender o comportamento real de uma ligação e sua influência na resistência global dos pórticos. Atualmente, a Norma Brasileira de estruturas de aço de edificações, NBR 8800, considera o comportamento das ligações entre duas situações extremas: rígidas, onde não ocorre nenhuma rotação entre os membros conectados, transferindo momento fletor, força cortante e força normal; ou flexíveis, caracterizadas pela liberdade de rotação entre os membros conectados, impedindo a transmissão de momento fletor. Outras normas de projeto de estruturas de aço, consideram que as ligações apresentam um comportamento intermediário, ou seja, semi-rigídas, que podem estar submetidas a uma combinação de momento fletor e esforço normal. Porém, mesmo com a combinação, estas normas não consideram a presença de esforço normal (tração e/ou compressão). Uma limitação empírica de 5% da resistência plástica da viga é a única condição imposta no Eurocode 3. Para o estudo da ligação semi-rigída será utilizada a filosofia do Método das Componentes, que verifica a resistência da ligação e sua classificação quanto à rigidez rotacional, desenvolvida através de modelos mecânicos (modelos de molas). O objetivo deste trabalho é descrever alguns resultados de caracterização de ligações viga-coluna com placa de extremidade ajustada à altura da viga obtidos através de um modelo de elementos finitos. Para tal, será realizada uma análise não-linear geométrica e de material. Esta análise possibilitará avaliar os principais parâmetros que influenciam no comportamento deste componente no que diz respeito a sua avaliação em termos de distribuição de tensões e deformações no modelo de forma global. / The joints develop a fundamental role in the global behaviour of steel structures. Several researches are being developed to understand the real behaviour of a joint and its influence in the global frame capacity and beam-to-column joints of the steels buildings. Nowadays, the Brazilian Code of the Steel Portal Frame Design, NBR 8800, considers the joint behaviour between two extreme situations: rigid, where any rotations dont occur between the connected members, transfering substantial bending moments, and also shear and axial forces; or pinned, its characterised by almost free rotation movement between the connected elements that prevents the transmission of bending moments. However, some actual codes of the steel structures project, consider that the joints present an intermediate behaviour, in other words, semi-rigid, that may be subjected to a combination of bending moment and axial force. But, these codes dont consider the presence of axial force (tension and/ or compression). A single empirical limitation of 5% of the beams plastic axial capacity is the only enforced provision in Eurocode 3. This filosofy design is based on components method, for joint capacity evaluation and its classification concerning the joint rotation stiffness. This component method is based on mechanical models (spring model) created by an association of rigids and flexible joints components represented by a translacional spring. The objective of this present work is describing some results of flush endplate semi-rigids beam-to-column joints obtained across finite elements method and geometric and material non-linear analises. These consider the main parameters that influence the components behaviour about the stress and deformation distribution.
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Modelagem numérica de ligações viga-coluna em aço sob momento fletor e força normal. / Numerical modeling of steel beam-to-column joints subjected to bending and normal force.Monique Cordeiro Rodrigues 14 August 2009 (has links)
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / As ligações desempenham um papel fundamental no comportamento global das estruturas de aço. Inúmeros trabalhos de pesquisa têm sido desenvolvidos para entender o comportamento real de uma ligação e sua influência na resistência global dos pórticos. Atualmente, a Norma Brasileira de estruturas de aço de edificações, NBR 8800, considera o comportamento das ligações entre duas situações extremas: rígidas, onde não ocorre nenhuma rotação entre os membros conectados, transferindo momento fletor, força cortante e força normal; ou flexíveis, caracterizadas pela liberdade de rotação entre os membros conectados, impedindo a transmissão de momento fletor. Outras normas de projeto de estruturas de aço, consideram que as ligações apresentam um comportamento intermediário, ou seja, semi-rigídas, que podem estar submetidas a uma combinação de momento fletor e esforço normal. Porém, mesmo com a combinação, estas normas não consideram a presença de esforço normal (tração e/ou compressão). Uma limitação empírica de 5% da resistência plástica da viga é a única condição imposta no Eurocode 3. Para o estudo da ligação semi-rigída será utilizada a filosofia do Método das Componentes, que verifica a resistência da ligação e sua classificação quanto à rigidez rotacional, desenvolvida através de modelos mecânicos (modelos de molas). O objetivo deste trabalho é descrever alguns resultados de caracterização de ligações viga-coluna com placa de extremidade ajustada à altura da viga obtidos através de um modelo de elementos finitos. Para tal, será realizada uma análise não-linear geométrica e de material. Esta análise possibilitará avaliar os principais parâmetros que influenciam no comportamento deste componente no que diz respeito a sua avaliação em termos de distribuição de tensões e deformações no modelo de forma global. / The joints develop a fundamental role in the global behaviour of steel structures. Several researches are being developed to understand the real behaviour of a joint and its influence in the global frame capacity and beam-to-column joints of the steels buildings. Nowadays, the Brazilian Code of the Steel Portal Frame Design, NBR 8800, considers the joint behaviour between two extreme situations: rigid, where any rotations dont occur between the connected members, transfering substantial bending moments, and also shear and axial forces; or pinned, its characterised by almost free rotation movement between the connected elements that prevents the transmission of bending moments. However, some actual codes of the steel structures project, consider that the joints present an intermediate behaviour, in other words, semi-rigid, that may be subjected to a combination of bending moment and axial force. But, these codes dont consider the presence of axial force (tension and/ or compression). A single empirical limitation of 5% of the beams plastic axial capacity is the only enforced provision in Eurocode 3. This filosofy design is based on components method, for joint capacity evaluation and its classification concerning the joint rotation stiffness. This component method is based on mechanical models (spring model) created by an association of rigids and flexible joints components represented by a translacional spring. The objective of this present work is describing some results of flush endplate semi-rigids beam-to-column joints obtained across finite elements method and geometric and material non-linear analises. These consider the main parameters that influence the components behaviour about the stress and deformation distribution.
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Análise Paramétrica de Ligações com Placa de Extremidade em Estruturas de Aço Submetidas a Momento Fletor e Força Axial / Parametrical Analysis of Structural Steel Endplate Joints Subjected to Bending Moment and Axial Force.Pedro Carlos da Lomba Nunes 27 April 2006 (has links)
Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Usualmente, o projeto de pórticos em estruturas de aço assume que as ligações viga-coluna são rígidas ou flexíveis. As ligações rígidas, onde não ocorre nenhuma rotação entre os membros
conectados, transferem não só momento fletor, mas também força cortante e força normal. Por outro lado, as ligações flexíveis são caracterizadas pela liberdade de rotação entre os membros conectados impedindo a transmissão de momento fletor. Sabe-se que a grande maioria das ligações não possuem este comportamento idealizado. Na realidade, a maioria das ligações transfere algum momento fletor com um nível de rotação associado. Estas ligações são denominadas semi-rígidas e seu dimensionamento deve ser executado de acordo com este
comportamento estrutural. Contudo, algumas ligações viga-coluna estão sujeitas a uma combinação de momento fletor (M) e força axial (N). O nível de esforço normal pode ser
significativo, principalmente em ligações de pórticos metálicos com vigas inclinadas, em pórticos não- contraventados ou em pórticos com pavimentos incompletos. As normas atuais de
dimensionamento de ligações estruturais em aço não consideram a presença de esforço normal (tração e/ou compressão) nas ligações. Uma limitação empírica de 5% da resistência plástica da
viga é a única condição imposta no Eurocode 3. O objetivo deste trabalho é realizar uma análise paramétrica de dois tipos de ligações aparafusadas para se avaliar a influência de combinações M/N no comportamento global destas ligações. Para se cumprir este objetivo, os resultados experimentais de quinze ensaios realizados por Lima [1] são comparados com os resultados obtidos através de um modelo analítico proposto por Cerfontaine [2], [3]. / Traditionally, the steel portal frame design assumes that beam-to-column joints are rigidor pinned. Rigid joints, where no relative rotations occur between the connected members, transfer not only substantial bending moments, but also shear and axial forces. On the other extreme, pinned joints, are characterised by almost free rotation movement between the connected elements that prevents the transmission of bending moments. Despite these facts, it is largely recognised that the great majority of joints does not exhibit such idealised behaviour. In fact, many joints transfer some bending moments with associated rotations. These joints are called semi-rigid,
and their design should be performed according to their real structural behaviour. However, some steel beam-to-column joints are often subjected to a combination of bending (M) and axial forces (N). The level of axial forces in the joint may be significant, typical of pitched-roof portal frames, sway frames or frames with incomplete floors. Current standard for steel joints do not take into account the presence of axial forces (tension and/or compression) in the joints. A single empirical limitation of 5% of the beams plastic axial capacity is the only enforced provision in Eurocode 3. The objective of the present work is to perform a parametrical analysis of two bolted joints types in
order to evaluate the influence of M/N combinations in the joints global response. To fulfil this objective, the experimental results obtained by Lima [1] are compared to the analytical results
using the Cerfontaine analytical model [2], [3].
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Influência do comportamento semi-rígido de placas de base e de ligações viga-coluna na resposta dinâmica de pórticos de aço. / Influence of the semi-rigid behaviour of column base plates and beam-to-column joints on the dynamic response of steel frames.Fernanda da Rocha de Carvalho Lopes 18 March 2008 (has links)
Tradicionalmente, na análise e dimensionamento de estruturas de aço, assume-se que as ligações viga-coluna são rígidas ou flexíveis (rotuladas). Por outro lado, é de conhecimento geral que a grande maioria das ligações viga-coluna apresenta um comportamento intermediário, ou seja, semi-rígido. Inúmeros trabalhos de pesquisa têm sido desenvolvidos nos últimos vinte e cinco anos, de forma a estudar o comportamento desse tipo de ligação. Um dos principais objetivos desta investigação é o de propor uma metodologia de análise que represente de forma apropriada a influência do comportamento semi-rígido de placas de base e de ligações viga-coluna, sobre a resposta dinâmica (linear e não-linear) de estruturas de aço. Outra contribuição desta dissertação diz respeito à investigação do comportamento dinâmico (linear e não-linear) de pórticos de aço, a partir da consideração de ligações viga-coluna simétricas e não-simétricas e especialmente das placas de base. A análise estrutural é desenvolvida com base no emprego do programa de elementos finitos ANSYS [27]. Nos modelos em elementos finitos foram considerados os efeitos de não-linearidade geométrica (efeitos de segunda ordem), o comportamento não-linear das placas de base e das ligações viga-coluna e, bem como, o efeito de histerese que ocorre quando a estrutura é submetida a cargas cíclicas. Os resultados alcançados indicaram que o fenômeno físico da ressonância não ocorre no que se refere à resposta dinâmica dos modelos semi-rígidos não-lineares. A ressonância não ocorre na resposta dos modelos devido ao fato de que, na análise dinâmica não-linear, o efeito de histerese presente nas ligações (placas de base e viga-coluna), essencialmente com comportamento não-linear, provoca um amortecimento na resposta dinâmica da estrutura. / Traditionally, the steel portal frame design assumes that beam-to-column connections are rigid or pinned. Despite these facts, it is largely recognized that the great majority of joints does not exhibit such idealized behaviour. These connections are called semi-rigid, and their design should be performed according to their actual structural behaviour. Extensive research has been performed over the past twenty-five years to estimate the actual behaviour of such joints. One of the main objectives of this work is to propose an analysis methodology to properly represent the influence of the semi-rigid behaviour of base plates and beam-to-column joints on the dynamical response of steel structures (linear and non-linear). Another important investigated issue concerned the assessment of the steel frames dynamical behaviour (linear and non-linear) due to the presence of symmetrical and non-symmetrical beam-to-column semi-rigid joints and, especially, the column base plates. The structural analysis was made with the aid of the ANSYS [27] finite element program. The finite element model included geometric non-linearity, column base plates and beam-to-column non-linear behaviour and considered the influence of non-linear and hysteretic moment versus rotation curve of the joints. The results indicated that the resonance physical phenomenon was not reached in the nonlinear semi-rigid frames dynamic response. The resonance did not occurred in these systems due to the hysteretic damping induced by the energy dissipation of the non-linear hysteretic loops at the non-linear joints.
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Análise Paramétrica de Ligações com Placa de Extremidade em Estruturas de Aço Submetidas a Momento Fletor e Força Axial / Parametrical Analysis of Structural Steel Endplate Joints Subjected to Bending Moment and Axial Force.Pedro Carlos da Lomba Nunes 27 April 2006 (has links)
Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Usualmente, o projeto de pórticos em estruturas de aço assume que as ligações viga-coluna são rígidas ou flexíveis. As ligações rígidas, onde não ocorre nenhuma rotação entre os membros
conectados, transferem não só momento fletor, mas também força cortante e força normal. Por outro lado, as ligações flexíveis são caracterizadas pela liberdade de rotação entre os membros conectados impedindo a transmissão de momento fletor. Sabe-se que a grande maioria das ligações não possuem este comportamento idealizado. Na realidade, a maioria das ligações transfere algum momento fletor com um nível de rotação associado. Estas ligações são denominadas semi-rígidas e seu dimensionamento deve ser executado de acordo com este
comportamento estrutural. Contudo, algumas ligações viga-coluna estão sujeitas a uma combinação de momento fletor (M) e força axial (N). O nível de esforço normal pode ser
significativo, principalmente em ligações de pórticos metálicos com vigas inclinadas, em pórticos não- contraventados ou em pórticos com pavimentos incompletos. As normas atuais de
dimensionamento de ligações estruturais em aço não consideram a presença de esforço normal (tração e/ou compressão) nas ligações. Uma limitação empírica de 5% da resistência plástica da
viga é a única condição imposta no Eurocode 3. O objetivo deste trabalho é realizar uma análise paramétrica de dois tipos de ligações aparafusadas para se avaliar a influência de combinações M/N no comportamento global destas ligações. Para se cumprir este objetivo, os resultados experimentais de quinze ensaios realizados por Lima [1] são comparados com os resultados obtidos através de um modelo analítico proposto por Cerfontaine [2], [3]. / Traditionally, the steel portal frame design assumes that beam-to-column joints are rigidor pinned. Rigid joints, where no relative rotations occur between the connected members, transfer not only substantial bending moments, but also shear and axial forces. On the other extreme, pinned joints, are characterised by almost free rotation movement between the connected elements that prevents the transmission of bending moments. Despite these facts, it is largely recognised that the great majority of joints does not exhibit such idealised behaviour. In fact, many joints transfer some bending moments with associated rotations. These joints are called semi-rigid,
and their design should be performed according to their real structural behaviour. However, some steel beam-to-column joints are often subjected to a combination of bending (M) and axial forces (N). The level of axial forces in the joint may be significant, typical of pitched-roof portal frames, sway frames or frames with incomplete floors. Current standard for steel joints do not take into account the presence of axial forces (tension and/or compression) in the joints. A single empirical limitation of 5% of the beams plastic axial capacity is the only enforced provision in Eurocode 3. The objective of the present work is to perform a parametrical analysis of two bolted joints types in
order to evaluate the influence of M/N combinations in the joints global response. To fulfil this objective, the experimental results obtained by Lima [1] are compared to the analytical results
using the Cerfontaine analytical model [2], [3].
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Influência do comportamento semi-rígido de placas de base e de ligações viga-coluna na resposta dinâmica de pórticos de aço. / Influence of the semi-rigid behaviour of column base plates and beam-to-column joints on the dynamic response of steel frames.Fernanda da Rocha de Carvalho Lopes 18 March 2008 (has links)
Tradicionalmente, na análise e dimensionamento de estruturas de aço, assume-se que as ligações viga-coluna são rígidas ou flexíveis (rotuladas). Por outro lado, é de conhecimento geral que a grande maioria das ligações viga-coluna apresenta um comportamento intermediário, ou seja, semi-rígido. Inúmeros trabalhos de pesquisa têm sido desenvolvidos nos últimos vinte e cinco anos, de forma a estudar o comportamento desse tipo de ligação. Um dos principais objetivos desta investigação é o de propor uma metodologia de análise que represente de forma apropriada a influência do comportamento semi-rígido de placas de base e de ligações viga-coluna, sobre a resposta dinâmica (linear e não-linear) de estruturas de aço. Outra contribuição desta dissertação diz respeito à investigação do comportamento dinâmico (linear e não-linear) de pórticos de aço, a partir da consideração de ligações viga-coluna simétricas e não-simétricas e especialmente das placas de base. A análise estrutural é desenvolvida com base no emprego do programa de elementos finitos ANSYS [27]. Nos modelos em elementos finitos foram considerados os efeitos de não-linearidade geométrica (efeitos de segunda ordem), o comportamento não-linear das placas de base e das ligações viga-coluna e, bem como, o efeito de histerese que ocorre quando a estrutura é submetida a cargas cíclicas. Os resultados alcançados indicaram que o fenômeno físico da ressonância não ocorre no que se refere à resposta dinâmica dos modelos semi-rígidos não-lineares. A ressonância não ocorre na resposta dos modelos devido ao fato de que, na análise dinâmica não-linear, o efeito de histerese presente nas ligações (placas de base e viga-coluna), essencialmente com comportamento não-linear, provoca um amortecimento na resposta dinâmica da estrutura. / Traditionally, the steel portal frame design assumes that beam-to-column connections are rigid or pinned. Despite these facts, it is largely recognized that the great majority of joints does not exhibit such idealized behaviour. These connections are called semi-rigid, and their design should be performed according to their actual structural behaviour. Extensive research has been performed over the past twenty-five years to estimate the actual behaviour of such joints. One of the main objectives of this work is to propose an analysis methodology to properly represent the influence of the semi-rigid behaviour of base plates and beam-to-column joints on the dynamical response of steel structures (linear and non-linear). Another important investigated issue concerned the assessment of the steel frames dynamical behaviour (linear and non-linear) due to the presence of symmetrical and non-symmetrical beam-to-column semi-rigid joints and, especially, the column base plates. The structural analysis was made with the aid of the ANSYS [27] finite element program. The finite element model included geometric non-linearity, column base plates and beam-to-column non-linear behaviour and considered the influence of non-linear and hysteretic moment versus rotation curve of the joints. The results indicated that the resonance physical phenomenon was not reached in the nonlinear semi-rigid frames dynamic response. The resonance did not occurred in these systems due to the hysteretic damping induced by the energy dissipation of the non-linear hysteretic loops at the non-linear joints.
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Behaviour of three-dimensional concrete structures under concurrent orthogonal seismic excitationsZaghlool, Baher SalahElDeen Othman Ahmed January 2007 (has links)
This thesis is a study into the response and seismic safety of three-dimensional multi-storey concrete structures under concurrent orthogonal seismic excitations. It employs the nonlinear time-history method as its analysis tools. Time-history analyses rely heavily on their utilised earthquake records. Accordingly, this study examines the different approaches of selecting earthquake suites and develops a methodology of selecting representative earthquake scenarios. This methodology is credibly implemented in selecting a far- and a near field suites representative of the New Zealand seismic hazard. The study investigates the response of 6-, 9- and 12-storey concrete structures of different n-X-bays × m-Y-bays. Bidirectional responses of these considered structures are examined and consequently the current combination rules are scrutinised. Consequently this study strongly recommends the use of the 40-percent combination rule in lieu of the widely used 30-percent rule; and the use of time-history analysis in lieu of quasi/equivalent static and response modal analysis methods to avoid their strong dependence on combination rules. An intensive study is conducted employing the incremental dynamic analysis (IDA) technique to investigate structural demands of interstorey drifts, lateral storey drifts and storey accelerations. The study utilises the developed far-field suite and identifies the 50th and 90th percentile demands. Hence it provides easy-to-use expressions to facilitate rapid calculation of the structural demands and the effects of biaxial interactions. An implementation into the Demand and Capacity Factor Design (DCFD) format is presented that infers confidence in the performance levels of the considered structures. The study also draws attention to the importance of considering storey accelerations as their storey values reach as high as 10 × PGA. A sensitivity study is conducted by repeating the IDA investigation while using the developed near-field suite. Subsequently a comparison between the near- and the far-field results is conducted. The results were markedly similar albeit of less magnitudes until the (seismic hazard) intensity measure IM = Sa(T₁) = 0.4g when the near-field results show sudden flat large increase in demands suggesting a brittle collapse. This is attributed to the higher content of the higher mode frequencies contained in near-field ground motions. Finally, the study examines the (vectorial) radial horizontal shear demands in columns and beam-column joints of the previous far- and near-field studies. The combined radial shear demands in corner, edge and internal columns and joints are evaluated that roughly show a square-root proportional relationship with IM that exhibit somewhat brittle failure at IM ≥ 0.35g. Shears demands in the (4-way) internal columns and the (2-way) corner joints show highest magnitude in their respective class. The results suggest transverse joint shear reinforcement of 1.5, 1.0 and 0.5 of the longitudinal reinforcement of the neighbouring beam respectively for corner, edge and internal joints. An implementation of a proposed practical (and simpler) DCFD format shows satisfactory confidence in columns performance in shear up to IM = 0.35g, conversely to joints unsatisfactory performance in shear at the onset of inelastic behaviour (IM > 0.05g).
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Rehabilitation of Exterior RC Beam-Column Joints using Web-Bonded FRP SheetsMahini, Seyed Saeid Unknown Date (has links)
In a Reinforced Concrete (RC) building subjected to lateral loads such as earthquake and wind pressure, the beam to column joints constitute one of the critical regions, especially the exterior ones, and they must be designed and detailed to dissipate large amounts of energy without a significant loss of, strength, stiffness and ductility. This would be achieved when the beam-column joints are designed in such a way that the plastic hinges form at a distance away from the column face and the joint region remain elastic. In existing frames, an easy and practical way to implement this behaviour following the accepted design philosophy of the strong-column weak-beam concept is the use a Fibre Reinforced Plastic (FRP) retrofitting system. In the case of damaged buildings, this can be achieved through a FRP repairing system. In the experimental part of this study, seven scaled down exterior subassemblies were tested under monotonic or cyclic loads. All specimens were designed following the strong-column weak-beam principal. The three categories selected for this investigation included the FRP-repaired and FRP-retrofitted specimens under monotonic loads and FRP-retrofitted specimen under cyclic loads. All repairing/retrofitting was performed using a new technique called a web-bonded FRP system, which was developed for the first time in the current study. On the basis of test results, it was concluded that the FRP repairing/retrofitting system can restore/upgrade the integrity of the joint, keeping/upgrading its strength, stiffness and ductility, and shifting the plastic hinges from the column face toward the beam in such a way that the joint remains elastic. In the analytical part of this study, a closed-form solution was developed in order to predict the physical behaviour of the repaired/retrofitted specimens. Firstly, an analytical model was developed to calculate the ultimate moment capacity of the web-bonded FRP sections considering two failure modes, FRP rupture and tension failure, followed by an extended formulation for estimating the beam-tip displacement. Based on the analytical model and the extended formulation, failure mechanisms of the test specimens were implemented into a computer program to facilitate the calculations. All seven subassemblies were analysed using this program, and the results were found to be in good agreement with those obtained from experimental study. Design curves were also developed to be used by practicing engineers. In the numerical part of this study, all specimens were analysed by a nonlinear finite element method using ANSYS software. Numerical analysis was performed for three purposes: to calculate the first yield load of the specimens in order to manage the tests; to investigate the ability of the web-bonded FRP system to relocate the plastic hinge from the column face toward the beam; and to calibrate and confirm the results obtained from the experiments. It was concluded that numerical analysis using ANSYS could be considered as a practical tool in the design of the web-bonded FRP beam-column joints.
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