Box sections are symmetrical sections and they have high moment of inertia in both directions, therefore they are good members in tall building structures. For the rigid connection in structures with box column continuity plates are used on level of beam flanges in column. Assembly of the continuity plates is a difficult and unreliable work due to lack of weld or high welding and cutting in the fourth side of column in panel zone, so the use of experimental stiffeners have been considered by researchers. This paper presented an experimental investigation on connection in box columns. The proposed connection has been investigated in four cases which contain connection without internal and external stiffeners(C-0-00), connection with continuity plates(C-I-CP), connection with external vase shape stiffener (C-E-VP) and connection with surrounding plates(C-E-SP). The results show that the connections with vase plates and surrounding plates can respectively increase the ultimate strength of the connection up to 366% and 518% than the connection without stiffeners, in case connection with the continuity plates this parameter increases about 39%. In addition, the proposed C-E-VP and C-E-SP connection provide a rigid and safe connection to acquire rigidity of 95% and 98% respectively. But C-I-CP connection is classified as semi-rigid connections.
Reinforced concrete (RC) joint shear strength models are constructed using an experimental database in conjunction with a Bayesian parameter estimation method. The experimental database consists of RC beam-column connection test subassemblies that maintained proper confinement within the joint panel. All included test subassemblies were subjected to quasi-static cyclic lateral loading and eventually experienced joint shear failure (either in conjunction with or without yielding of beam reinforcement); subassemblies with out-of-plane members and/or eccentricity between the beam(s) and the column are not included in this study. Three types of joint shear strength models are developed. The first model considers all possible influence parameters on joint shear strength. The second model contains those parameters left after a step-wise process that systematically identifies and removes the least important parameters affecting RC joint shear strength. The third model simplifies the second model for convenient application in practical design. All three models are unbiased and show similar levels of scatter. Finally, the improved performance of the simplified model for design is identified by comparison with the current ACI 352R-02 RC joint shear strength model.
Kim, Young Ju;Chae, Young Suk;Shin, Kyung Jae;Oh, Young Suk;Moon, Tae Sup
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.16
no.1
s.68
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pp.113-121
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2004
A test program was conducted on full-scale steel moment connections constructed using a T-stiffener. In the T-stiffener connection, the beam-to-column connection was reinforced with the horizontal and vertical element of the T-stiffener to resist moment under severe cyclic loads. A total of five specimens were tested in this study together with a concrete-filled tubular(CFT) column(${\sqsubset}-500{\times}500{\times}12$) and a steel beam($H-506{\times}201{\times}11{\times}19$). For the specimens, the T-stiffener was combined with RBS (also known as "Dog-bone") detail or Horizontal Element Hole(HEH) detail constructed to enhance deformation capacity. The test program showed excellent seismic performance for specimens constructed with an RBS or an HEH. except the specimens had brittle failure of VE. The test results also showed that the connections all developed maximum moments at the face of the column. Such moments were at least 15% and as much as 36% larger than the plastic moment capacity of the beam. based on the actual yield stress of the beam steel.
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.
A simplified analysis procedure utilizing the strut-tie modeling technique is developed to take a close look into the post-elastic deformation capacity of beam-column connections in ductile reinforced concrete frame structures. Particular emphasis is given to the effect of concrete strength decay and quantity and arrangement of joint shear steel. For this a fan-shaped crack pattern is postulated through the joints. A series of hypothetical rigid nodes are assumed through which struts, ties and boundaries are connected to each other. The equilibrium consideration enables all forces in struts, ties and boundaries to be related through the nodes. The boundary condition surrounding the joints is obtained by the mechanism analysis of the frame structures. In order to avoid a complexity from the indeterminacy of the truss model, it is assumed that all shear steel yielded. It is noted from the previous research that the capacity of struts is limited by the principal tensile strain of the joint panel for which the strain of the transverse diagonal is taken. The post-yield deformation of joint steel is taken to be the only source of the joint shear deformation beyond the elastic range. Both deformations are related by the energy consideration. The analysis is then performed by iteration for a given shear strain. The analysis results indicate that concentrating most of the joint steel near the center of the joint along with higher strength concrete may enhance the post-elastic joint performance.
The composite frame system suggested in this paper consists of steel reinforced concrete beam encased with structural tee and precast concrete column. This system has advantages such as reduction of materials, CO2 emissions and waste. To commercialize the new composite frame system, it is necessary to develop connections that can effectively connect each member. Therefore, a hybrid connection that has steel type connection and reinforced concrete together is utilized to connect easily at the composite frame system. To evaluate the structural performance of the composite frame system, an experimental investigation is presented. In this study, the flexural moment capacity of the composite frame was determined using the strain compatibility approach. The strain compatibility approach can be used to predict the flexural moment capacity at each limit state. As a result, all elements of the beam to column connection are represented to fully interact between each other. The specimens show errors of -1.9% in the yield limit state and 0.9% at the maximum load limit state. Also, testing shows that beam to column connections have characteristics of semi-rigid connection as per Eurocode 3.
In this study, partially restrained beam-column moment joints in the weak-axis direction were examined using three large-scale specimens subject to cyclic loading in order to assess the seismic resistance of the joints of low-rise steel structures and to propose joint details based on the test results. The influence of different number of bolts on the moment joints was thoroughly investigated. It was found that the flexural capacity of the joints in the direction of weak axis was highly dependent on the number of high-tension bolts. In addition, even though the flexural connections subjected to cyclic loading was perfectly designed in accordance with current design codes, severe failure mode such as block shear failure could occur at beam flange. Therefore, to prevent excessive deformation at bolt holes under cyclic loading conditions, the holes in beam flange need to have larger bearing capacity than the required tensile force. In particular, if the thickness of the connecting plate is larger than that of the beam flange, the bearing capacity of the flange should be checked for structural safety.
This paper presents a displacement-based finite element procedure for second-order distributed plasticity analysis of planar steel frames with semi-rigid beam-to-column connections under static loadings. A partially strain-hardening elastic-plastic beam-column element, which directly takes into account geometric nonlinearity, gradual yielding of material, and flexibility of semi-rigid connections, is proposed. The second-order effects and distributed plasticity are considered by dividing the member into several sub-elements and meshing the cross-section into several fibers. A new nonlinear solution procedure based on the combination of the Newton-Raphson equilibrium iterative algorithm and the constant work method for adjusting the incremental load factor is proposed for solving nonlinear equilibrium equations. The nonlinear inelastic behavior predicted by the proposed program compares well with previous studies. Coupling effects of three primary sources of nonlinearity, geometric imperfections, and residual stress are investigated and discussed in this paper.
For high-strength steel, it is difficult to be applied to flexible structural member because it have high yield ratio and low basic material's toughness. One of the great problems when using high-strength steel connections is the brittle fracture at the end of the beam member in common with general mild steel connections. In the cases of mild steel connections, it has be developed that special moment frame connection details by reinforcing structural member or improvement of welding access hole. But, it is incomplete at yet about applicability estimation of high-strength steel connections. This study is the initial step research for the applicability estimation of beam-to-column connections being applied to developed high-strength steel, HSA800. And, it studied about structural performance of the high-strength steel connections according to the details of welding access hole through full-scale test and analytical method.
In this paper the behavior of reinforced concrete (RC) beam-column connections under cyclic loading was analyzed. The specimens, manufactured in a reduced-scale were made of (a) recycled aggregate concrete (RAC) by replacing 30% of natural coarse aggregate (NCA) with recycled coarse aggregate (RCA) and (b) RAC incorporating Polyethylene terephthalate (PET) fiber i.e., PET fiber-reinforced concrete (PFRC) at the joint region. PET fiber (aspect ratio=25) of 0.5% by weight of concrete used in the PFRC mix was obtained by hand cutting of post-consumer PET bottles. A reference specimen was also prepared using 100% of NCA and subjected to similar loading sequence. Comparing the results the structural behavior under cyclic loading of RAC specimens are quite similar to the reference specimens. Damage tolerance, load resisting capacity, stiffness degradation, ductility, and energy dissipation of the RAC specimens enhanced due to addition of PET fibers at the joint region. PFRC specimens also presented a lower damage indices and higher principal tensile stresses as compared to the RAC specimens. The results obtained gave experimental evidence on the feasibility of RAC for structural use. Using PET fibers as a discrete reinforcement is recommended for improving the seismic performance of RAC specimens.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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