Zabihi, Alireza;Tsang, Hing-Ho;Gad, Emad F.;Wilson, John L.
Structural Engineering and Mechanics
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v.71
no.4
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pp.341-350
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2019
Exterior beam-column joint is typically the weakest link in a limited-ductile reinforced concrete (RC) frame structure. The use of diagonal haunch element has been considered as a desirable seismic retrofit option for reducing the seismic demand at the joint. Previous research globally has focused on implementing double haunches, while the use of single haunch element as a less-invasive and more architecturally favorable retrofit option has not been investigated. In this paper, the key formulations and a design procedure for the single haunch system for retrofitting RC exterior beam-column joint are developed. An application of the proposed design procedure is then illustrated through a case study.
Recent earthquakes have demonstrated that even when the beams and columns in a reinforced concrete frame remain intact, the integrity of the whole structure is undermined if the joint where these members connect fails. A good seismic performance of reinforced concrete frames depends on their ability to absorb seismic energy through inelastic deformations and to avoid a sudden development of collapse mechanism in event of a strong earthquake shaking. The primary objective of this investigation is to move the plastic hinge away from the beam-column joint region and hence reducing the damage to the joint region. In this research, the seismic performance of exterior beam-column joints with four types of confinement in joint region and inclined bars from column to beam is investigated experimentally. Control specimens without inclined bars and four types of confinement Square Hoop, Square Spiral, Circular Hoop and Circular Spiral were tested along with inclined bars were tested. Seismic performance was determined via load-deflection response, ductility, stiffness, energy dissipation, strain of beam reinforcement and crack pattern. Out of the four specimens with inclined bars, seismic performance of joint with Square Spiral confinement gave the best performance in terms of all parameters.
Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction
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v.34
no.12
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pp.35-40
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2018
In this study, experimental research was carried out to evaluate the seismic performance of reinforced concrete exterior beam-column joint regions using hybrid retrofitting with AFRP sheets and embedded CFRP reinforcements in existing reinforced concrete building. Therefore it was constructed and tested three specimens retrofitting the beam-column joint regions using such retrofitting materials. Specimens, designed by retrofitting the beam-column joint regions of existing reinforced concrete structure, were showed the stable failure mode and increase of load-carrying capacity due to the effect of crack control at the times of initial loading and confinement of retrofitting materials during testing. Specimens RBCJ-SRA3 designed by the retrofitting of AFRP sheets and embedded CFRP reinforcements in reinforced exterior beam-column joint regions were increased its maximum load carrying capacity by 1.86 times and its energy dissipation capacity by 1.65 times in comparison with standard specimen RBCJ for a displacement ductility of 5.
The failure of reinforced concrete structures in recent earthquakes caused concern about the performance of beam column joints. Confinement of joint is one of the ways to improve the performance of beam column joints during earthquakes. This paper describes an experimental study of exterior beam-column joints with two non-conventional reinforcement arrangements. One exterior beam-column joint of a six story building in seismic zone III of India was designed for earthquake loading. The transverse reinforcement of the joint assemblages were detailed as per IS 13920:1993 and IS 456:2000 respectively. The proposed nonconventional reinforcement was provided in the form of diagonal reinforcement on the faces of the joint, as a replacement of stirrups in the joint region for joints detailed as per IS 13920 and as additional reinforcement for joints detailed as per IS 456. These newly proposed detailing have the basic advantage of reducing the reinforcement congestion at the joint region. In order to study and compare the performance of joint with different detailing, four types of one-third scale specimens were cast (two numbers in each type). The main objective of the present study is to investigate the effectiveness of the proposed reinforcement detailing. All the specimens were tested under reverse cyclic loading, with appropriate axial load. From the test results, it was found that the beam-column joint having confining reinforcement as per IS: 456 with nonconventional detailing performed well. Test results indicate that the non-conventionally detailed specimens, Type 2 and Type 4 have an improvement in average ductility of 16% and 119% than their conventionally detailed counter parts (Type1 and Type 3). Further, the joint shear capacity of the Type 2 and Type 4 specimens are improved by 8.4% and 15.6% than the corresponding specimens of Type 1 and Type 3 respectively. The present study proposes a closed form expression to compute the yield and ultimate load of the system. This is accomplished using the theory of statics and the failure pattern observed during testing. Good correlation is found between the theoretical and experimental results.
This paper studies the response of seismic behavior of reinforced concrete exterior beam-column joints under reversal loading with different anchorages and joint core details. The joint core was detailed without much confinement (group-I) and/or with proposed X-cross bars in the core (group-II). The beam longitudinal reinforcement's anchorages were designed as per ACI 352 (headed bars), ACI 318 (conventional $90^{\circ}$ bent hooks) and IS 456 ($90^{\circ}$ bent hooks with extended tails). The nonlinear finite element analysis response of the beam-column joints was studied, along with initial and progressive cracks up to failure. The experimental and analytical results were compared and presented in this paper to make more scientific conclusions.
Detailed analysis of internal forces of exterior beam-column joints of RC frames under seismic action is reported in this paper. A formula is derived for calculating the average joint shear from the column shears, and a formula is proposed to estimate torque in eccentric joints induced by seismic action. Average joint shear stress and strain are defined consistently for exterior joints, which can be used to establish joint shear constitutive relationship. Numerical results of shear, bending moment and torque in joints induced by seismic action are presented for a pair of concentric and eccentric exterior connections extracted from a seismically designed RC frame, and two sections located at the levels of beam bottom and top reinforcement, respectively, are identified as the critical joint sections for evaluating seismic joint behavior. A simplified analysis of the effects of joint shear and torque on the flexural strengths of the critical joint sections is made for the two connections extracted from the frame, and the results indicate that joint shear and torque induced by a strong earthquake may lead to "joint-hinging" mechanism of seismically designed RC frames.
Seven full-scale exterior beam-column joints were produced and tested under reversible cyclic loads to determine. Two of these seven specimens were produced using ordinary reinforced concrete (RC). Steel Fiber Reinforced Concrete (SFRC) was placed in three different regions of the beams of the rest five specimens to determine the extent of the region where SFRC is the most effective. The extent of the region of SFRC was kept constant at the columns of all five specimens. Three of these five specimens which had one stirrup in the joint, were tested to evaluate the effect of the stirrup on the behavior of the beam-column joint together with SFRC. In production of the specimens with SFRC, all special requirements of the Turkish Earthquake Code related to the spacing of hoops were disregarded. Previous researches reported in the literature indicate that the fiber type, the volume content, and the aspect ratio of steel fibers affect the behavior of beam-column joints produced with SFRC. The results of the present investigation show that the behavior of exterior beam-column joints depends on the extent of the region where SFRC is used and the usage of stirrup in the joint, in addition to the parameters listed in the literature.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2006.05a
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pp.470-473
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2006
Past experiences from recent earthquakes indicate that shear failures of beam-column connections were one of the main reasons causing significant damages and collapses of RC structures subjected to earthquake loadings. Many researchers and engineers have conducted to propose an effective way to improve the joint shear strength of RC connections. This paper presents an analytical model for the RC exterior beam-column joints strengthened with CFRP sheets. In the analytical model, the effect of shear behavior of the RC beam-column joint, bond slip of the beam longitudinal reinforcements and CFRP sheets were considered and incorporated into the non-linear structural analysis program. Final analytical results were compared with those from the experiment of eight exterior RC beam-column specimens. The analytical results showed that the developed connection model is very useful to investigate the hysteretic joint behavior and overall load-displacement response of the RC beam-column connections strengthened with CFRP sheets.
This study aims at postulating a simple methodology for predicting the failure modes of monotonically loaded reinforced concrete beam-column joints. All the factors that affect the failure modes of joints are discussed in detail using an experimental database of monotonically loaded exterior beam-column joints. The relative contributions of the strut and truss mechanisms to joint shear strength are determined based on the test results. A simple design equation for the beam longitudinal reinforcement ratio for joints with low, medium and high amount of stirrups is developed. The factors influencing the failure modes of monotonically loaded exterior beam-column joints are investigated in detail. Design charts that predict the failure modes of exterior beam-column connections both with and without stirrups are developed. Experimental data are compared with the design charts. The results show that the simple methodology gives very accurate predictions of the failure modes.
Azariani, Hossein Rezaee;Esfahani, M. Reza;Shariatmadar, Hashem
Steel and Composite Structures
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v.28
no.1
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pp.83-98
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2018
This research was conducted to study the behavior of exterior concrete beam-column joints with reinforced shape memory alloy (SMA) bars tested under cyclic loading. These bars benefit from superelastic behavior and can stand high loads without residual strains. The experimental part of the study, 8 specimens of exterior concrete beam-column joints were made and tested. Two different types of concrete with 30 and 45 MPa were used. Four specimens contained SMA bars and 4 specimens contained steel bars in beam-column joints. Furthermore, different transverse reinforcements were used in beams investigate the effects of concrete confinement. Specimens were tested under cyclic loading. Results show that SMA bars are capable of recentering to their original shape after standing large displacements. Due to the superelastic behavior of SMA bars, cracks at the joint core vanish under cyclic loading. As the cyclic loading increased, bending failure occurred in the beam outside the joint core. In the analytical parts of the study, specimens were simulated using the SeismoStruct software. Experimental and analytical results showed a satisfactory correlation. Plastic hinge length at the beam joint for specimens with SMA and steel bars was calculated by empirical equations, experimental and analytical results. It was shown that Paulay's and Priestley's equations are appropriate for concrete beam-column joints in both types of bars.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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