Published May 3, 2018
| Version v1
Publication
Open
On the Nonlinear Transient Analysis of Planar Steel Frames with Semi-Rigid Connections: From Fundamentals to Algorithms and Numerical Studies
Creators
- 1. Universidade Federal de Ouro Preto
- 2. Pontifical Catholic University of Rio de Janeiro
Description
This paper presents the fundamentals for prediction of a more realistic behavior of planar steel frames with semi-rigid connections under dynamic loading.The majority of the research in this area concentrates on the nonlinear static analysis of frames with semi-rigid connections.Indeed, few studies have contributed to the nonlinear dynamic and vibration analyses of frames.Therefore, this article first describes the frames' semi-rigid connection behavior under monotonic and cyclic loads, and presents the independent hardening technique adopted to simulate the joint behavior under cyclic excitation.In a finite element context, this paper presents an efficient numerical methodology that is proposed in algorithmic form to obtain the nonlinear transient response of the structural system.The paper also presents, in algorithmic form, a complete description of the adopted connection hysteretic model.Satisfying the equilibrium and compatibility conditions, and assuming only the connection's rotational deformation due to bending as variable, this work obtains the tangent stiffness and mass matrices of the beam-column element with semi-rigid connections at the ends.The study concludes by verifying and validating the proposed numerical approach using four structural steel systems: a L-frame, a two-story frame, a six-story frame, and a four-bay five-story frame.The analyses show that the hysteresis of the semi-rigid connection has a strong effect on the frames' responses and is an important source of damping during the structural vibration.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
تقدم هذه الورقة أساسيات التنبؤ بسلوك أكثر واقعية للإطارات الفولاذية المستوية ذات الوصلات شبه الصلبة تحت التحميل الديناميكي. تركز غالبية الأبحاث في هذا المجال على التحليل الثابت غير الخطي للإطارات ذات الوصلات شبه الصلبة. في الواقع، ساهمت بعض الدراسات في التحليلات الديناميكية والاهتزازات غير الخطية للإطارات. لذلك، تصف هذه المقالة أولاً سلوك الاتصال شبه الصلب للإطارات تحت الأحمال الرتيبة والدورية، وتقدم تقنية التصلب المستقلة المعتمدة لمحاكاة السلوك المشترك تحت الإثارة الدورية. في سياق العناصر المحدودة، تقدم هذه الورقة منهجية عددية فعالة مقترحة في شكل خوارزمي للحصول على الاستجابة العابرة غير الخطية للنظام الهيكلي. كما تقدم هذه الورقة، في شكل خوارزمي، وصفًا كاملاً لنموذج هستيريا الاتصال المعتمد. استيفاء شروط التوازن والتوافق، وبافتراض تشوه دوران الاتصال فقط بسبب الانحناء كمتغير، يحصل هذا العمل على الصلابة المماسية والمصفوفات الكتلية لعنصر عمود الحزمة مع وصلات شبه صلبة في النهايات. تختتم الدراسة بالتحقق من النهج العددي المقترح والتحقق من صحته باستخدام أربعة أنظمة فولاذية هيكلية: إطار L، وإطار من طابقين، وإطار من ستة طوابق، وإطار من خمسة طوابق بأربعة حجرات. تُظهر التحليلات أن تباطؤ الاتصال شبه الصلب له تأثير قوي على استجابات الإطارات وهو مصدر مهم للتخميد أثناء الاهتزاز الهيكلي.Translated Description (French)
Cet article présente les fondamentaux pour la prédiction d'un comportement plus réaliste des cadres en acier planaires avec des connexions semi-rigides sous charge dynamique. La majorité des recherches dans ce domaine se concentre sur l'analyse statique non linéaire des cadres avec des connexions semi-rigides. En effet, peu d'études ont contribué aux analyses dynamiques et vibratoires non linéaires des cadres. Par conséquent, cet article décrit d'abord le comportement de connexion semi-rigide des cadres sous charges monotones et cycliques, et présente la technique de durcissement indépendante adoptée pour simuler le comportement de l'articulation sous excitation cyclique. Dans un contexte d'éléments finis, cet article présente une méthodologie numérique efficace qui est proposée sous forme algorithmique pour obtenir la réponse transitoire non linéaire du système structurel.L' article présente également, sous forme algorithmique, une description complète du modèle hystérétique de connexion adopté.Satisfaisant les conditions d'équilibre et de compatibilité, et en supposant uniquement la déformation en rotation de la connexion due à la flexion comme variable, ce travail obtient les matrices de rigidité tangente et de masse de l'élément poutre-colonne avec des connexions semi-rigides aux extrémités.L' étude se termine par la vérification et la validation de l'approche numérique proposée en utilisant quatre systèmes structurels en acier : un cadre en L, un cadre à deux étages, un cadre à six étages et un cadre à quatre baies de cinq étages. Les analyses montrent que l'hystérésis de la connexion semi-rigide a un effet fort sur les réponses des cadres et constitue une source importante d'amortissement pendant la vibration structurelle.Translated Description (Spanish)
Este documento presenta los fundamentos para la predicción de un comportamiento más realista de marcos de acero planos con conexiones semirrígidas bajo carga dinámica. La mayoría de la investigación en esta área se concentra en el análisis estático no lineal de marcos con conexiones semirrígidas. De hecho, pocos estudios han contribuido a los análisis dinámicos y de vibración no lineales de marcos. Por lo tanto, este artículo describe primero el comportamiento de conexión semirrígida de los marcos bajo cargas monótonas y cíclicas, y presenta la técnica de endurecimiento independiente adoptada para simular el comportamiento de la articulación bajo excitación cíclica. En un contexto de elementos finitos, este trabajo presenta una metodología numérica eficiente que se propone en forma algorítmica para obtener la respuesta transitoria no lineal del sistema estructural. El trabajo también presenta, en forma algorítmica, una descripción completa del modelo histerético de conexión adoptado. Satisfaciendo las condiciones de equilibrio y compatibilidad, y asumiendo solo la deformación rotacional de la conexión debido a la flexión como variable, este trabajo obtiene las matrices de rigidez tangente y masa del elemento viga-columna con conexiones semirrígidas al final. El estudio concluye verificando y validando el enfoque numérico propuesto utilizando cuatro sistemas de acero estructural: un marco en L, un marco de dos pisos, un marco de seis pisos y un marco de cuatro bahías de cinco pisos. Los análisis muestran que la histéresis de la conexión semirrígida tiene un fuerte efecto en las respuestas de los marcos y es una fuente importante de amortiguación durante la vibración estructural.Files
1679-7825-lajss-15-3-e28.pdf.pdf
Files
(4.2 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:13675628bad9195fa8d0c2ac9fd8cbe1
|
4.2 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- حول التحليل العابر غير الخطي للإطارات الفولاذية المستوية ذات الوصلات شبه الصلبة: من الأساسيات إلى الخوارزميات والدراسات العددية
- Translated title (French)
- On the Nonlinear Transient Analysis of Planar Steel Frames with Semi-Rigid Connections : From Fundamentals to Algorithms and Numerical Studies
- Translated title (Spanish)
- Sobre el análisis transitorio no lineal de marcos planos de acero con conexiones semirrígidas: de los fundamentos a los algoritmos y los estudios numéricos
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2801936191
- DOI
- 10.1590/1679-78254087
References
- https://openalex.org/W1515560758
- https://openalex.org/W1535676761
- https://openalex.org/W1573186872
- https://openalex.org/W1964843793
- https://openalex.org/W1967327141
- https://openalex.org/W1968203802
- https://openalex.org/W1969151404
- https://openalex.org/W1980131111
- https://openalex.org/W1980865927
- https://openalex.org/W1983783774
- https://openalex.org/W1994891945
- https://openalex.org/W2000380651
- https://openalex.org/W2004789697
- https://openalex.org/W2004914815
- https://openalex.org/W2010262019
- https://openalex.org/W2010420055
- https://openalex.org/W2013560177
- https://openalex.org/W2018325901
- https://openalex.org/W2020544418
- https://openalex.org/W2021256297
- https://openalex.org/W2025673756
- https://openalex.org/W2038171757
- https://openalex.org/W2039697015
- https://openalex.org/W2046627841
- https://openalex.org/W2051622839
- https://openalex.org/W2054936179
- https://openalex.org/W2058262811
- https://openalex.org/W2058624893
- https://openalex.org/W2059053649
- https://openalex.org/W2065832090
- https://openalex.org/W2068610849
- https://openalex.org/W2074425573
- https://openalex.org/W2077179212
- https://openalex.org/W2077324525
- https://openalex.org/W2078006924
- https://openalex.org/W2086227508
- https://openalex.org/W2089777747
- https://openalex.org/W2091801810
- https://openalex.org/W2093759525
- https://openalex.org/W2112828017
- https://openalex.org/W2118577325
- https://openalex.org/W2143357594
- https://openalex.org/W2155580043
- https://openalex.org/W2159292118
- https://openalex.org/W377154225
- https://openalex.org/W612077802
- https://openalex.org/W644304172