Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction
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v.34
no.11
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pp.27-35
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2018
The purpose of this study is to examine the effects of boundary RC frame(composed of one tie-beam and two tie-columns) on seismic performance of unreinforced masonry walls to suggest alternative way for seismic design of unreinforced masonry wall structures. Two test specimens are prepared, one is a typical unreinforced masonry wall and another is alternative unreinforced masonry wall with additional boundary RC frame. The structural experiments were carried out to evaluate the difference of seismic resistance performance between two test specimens with or without the boundary RC frames. From the test results, it was found that the failure mode of unreinforced masonry wall fundamentally changed from 'brittle' to 'ductile' by the installing of boundary RC frames. And, the maximum load and energy dissipation capacity of the test specimen with boundary RC frame was increased about 1.6~1.7 and 2~3 times respectively compared with a typical unreinforced masonry wall specimen.
In this paper, a simplified evaluation method of the skeleton curve for reinforced concrete (RC) frame with unreinforced masonry (URM) infill is proposed in a practical form, based on the previous studies. The backbone curve for RC boundary frame was modeled by a tri-linear envelope with cracking and yielding points. On the other hand, that of URM infill was modeled by representative characteristic points of cracking, maximum, and residual strength; also, the interaction effect between RC boundary frame and the infill was taken into account. The overall force-displacement envelopes by the sum of RC boundary frame and URM infill, where the backbone curves of the infill from other studies were also considered, were then compared with the previous experimental results. The simplified estimation results from this study were found to almost approximate the overall experimental results with conservative evaluations, and they showed much better agreement than the cases employing the infill envelopes from other studies.
This paper describes effects of infill walls on behavior of RC frame with low strength, including numerical modeling, modal testing and finite-element model updating. For this purpose full scaled, one bay and one story RC frame is produced and tested for plane and brick in-filled conditions. Ambient-vibration testis applied to identify dynamic characteristics under natural excitations. Enhanced Frequency Domain Decomposition and Stochastic Subspace Identification methods are used to obtain experimental dynamic characteristics. A numerical modal analysis is performed on the developed two-dimensional finite element model of the frames using SAP2000 software to provide numerical frequencies and mode shapes. Dynamic characteristics obtained by numerical and experimental are compared with each other and finite element model of the frames are updated by changing some uncertain modeling parameters such as material properties and boundary conditions to reduce the differences between the results. At the end of the study, maximum differences in the natural frequencies are reduced on average from 34% to 9% and a good agreement is found between numerical and experimental dynamic characteristics after finite-element model updating. In addition, it is seen material properties are more effective parameters in the finite element model updating of plane frame. However, for brick in-filled frame changes in boundary conditions determine the model updating process.
The seismic behavior of a ${\frac{1}{2}}$ scaled, three-story three-bay RC frame with masonry infill walls was studied experimentally and numerically. Pseudo-dynamic test results showed that despite following the column design provisions of modern seismic codes and neglecting the presence of infill walls, shear induced damage is unavoidable in the boundary columns. A finite element model was validated by using the results of available one-story one-bay frame tests in the literature. Simulations of the examined test frame demonstrated that boundary columns are subjected to shear demands in excess of their shear capacity. Seismic assessment of the test frame was conducted by using ASCE/SEI 41-06 (2006) guidelines and the obtained results were compared with the damage observed during experiment. ASCE/SEI 41-06 method for the assessment of boundary columns was found unsatisfactory in estimating the observed damage. Damage estimations were improved when the strain limits were used within the plastic hinge zone instead of column full height.
In this study, modal parameters such as natural frequencies, mode shapes and damping ratios of RC frames with low strength are determined for different construction stages using ambient vibration test. For this purpose full scaled, one bay and one story RC frames are produced and tested for plane, brick in-filled and brick in-filled with plaster conditions. Measurement time, frequency span and effective mode number are determined by considering similar studies and literature. To obtain experimental dynamic characteristics, Enhanced Frequency Domain Decomposition and Stochastic Subspace Identification techniques are used together. It is shown that the ambient vibration measurements are enough to identify the most significant modes of RC frames. The results indicate that modal parameters change significantly depending on the construction stages. In addition, Infill walls increase stiffness and change the mode shapes of the RC frame. There is a good agreement between mode shapes obtained from brick in-filled and in-filled with plaster conditions. However, some differences are seen in plane frame, like expected. Dynamic characteristics should be verified using finite element analysis. Finally, inconsistency between experimental and analytical dynamic characteristics should be minimize by finite element model updating using some uncertain parameters such as material properties, boundary condition and section properties to reflect the current behavior of the RC frames.
In this study, the seismic performance of RC school buildings which were not designed according to earthquake-resistance design code were evaluated by using response spectrum and push-over analyses. The torsional amplification effect due to plan irregularity is considered and then the efficiency of seismic retrofitting methods such as RC shear wall, steel frame, RC frame and PC wing wall was investigated. The analysis result indicate that the inter-story drift concentrated in the first floor and most plastic hinge forms at the column of the first story. Among the retrofitting methods, the PC wing wall has the highest seismic performance in strength and story drift aspect. Especially, it can make building ductile behavior due to the concentrated inter-story drift at the first column hinge is distributed overall stories. The axial force, shear force and moment magnitude of existing elements significantly decreased after retrofitting. However, the axial and shear force of the elements connected to the additional retrofitting elements increased, and especially the boundary columns at the end of the retrofitting shear wall should be reinforced for assuring the enhancement of seismic performance.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.14
no.5
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pp.13-22
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2010
Masonry infill walls are frequently used as interior partitions and exterior walls in low- or middle- rise RC buildings. In the design and assessment of buildings, the infill walls are usually treated as non-structural elements and they are ignored in analytical models because they are assumed to be beneficial to the structural responses. Therefore, their influences on the structural response are ignored. In the case of buildings constructed in the USA in highly seismic regions, infill walls have a lower strength and stiffness than the boundary frames or they are separated from the boundary frames. Thus, the previously mentioned assumptions may be reasonable. However, these systems are not usually employed in most other countries. Therefore, the differences in the seismic behaviors of RC buildings with/without masonry infill walls, which are ignored in structural design, need to be investigated. In this study, structural analyses were performed for a masonry infilled low-rise RC moment-resisting frame. The infill walls were modeled as equivalent diagonal struts. The seismic behaviors of the RC moment-resisting frame with/without masonry infill walls were evaluated. From the analytical results, masonry infill walls can increase the global strength and stiffness of a structure. Consequently, the interstory drift ratio will decrease but seismic forces applied to the structure will increase more than the design seismic load because the natural period of the structure decreases. Partial damage of the infill walls by the floor causes vertical irregularity of the strength and stiffness.
This study suggested shear strength prediction model for retrofitted single-layered RC squat wall by providing column element as additional boundary element. This model revised existing shear strength prediction model of shear wall to consider detail and shear deformation capacity of column by assuming the length that concentrated shear deformation of the column is occurred. It was able to suggest additional compatibility condition related to shear strain of retrofitted of retrofitted shear wall at the ultimate state by using this length. Therefore, this study proposed a flow chart for predicting shear strength of the retrofitted shear wall considering this additional condition. Moreover, this study also proposed a method for predicting initial stiffness of the retrofitted shear wall by transforming the wall's resisting mechanism against to lateral load to a single diagonal strut mechanism. The proposed methods can predict shear strength and initial stiffness of not only the retrofitted shear wall of this study, also infilled RC shear wall in RC frame.
An experimental study was performed to investigate the cyclic behavior of the reinforced concrete frame with infilled steel plate. For this purpose, three-story compositewalls using infilled steel plates (RCSPW) were tested. The parameters for this test were the reinforcement ratio of the column and opening in the infilled steel plate. A reinforced concrete infilled wall (RCIW) and a reinforced concrete frame (RCF) were also tested for comparison. The deformation capacity of the RCSPW specimen was significantly greater than that of the RCIW specimen, although the two specimens exhibited the same load-carrying capacity. Like the steel plate walls with the steel boundary frame, RCSPW specimens showed excellent strength, deformation capacity, and energy dissipation capacity. Furthermore, by using infilled steel plates, shear cracking and failure of the column-beam joint were prevented. By using a strip model, the stiffness and strength of the RCSPW specimens were predicted. The results were compared with the test results.
Creation of plastic deformation under seismic loads, is one of the most serious subjects in RC structures with steel bars which reduces the life threatening risks and increases dissipation of energy. Shape memory alloy (SMA) is one of the best choice for the relocating plastic hinges. In a challenge to study the seismic response of concrete moment resisting frame (MRF), this article investigates numerically a new type of concrete frames with nano fiber reinforced polymer (NFRP) and shape memory alloy (SMA) hinges, simultaneously. The NFRP layer is containing carbon nanofibers with agglomeration based on Mori-Tanaka model. The tangential shear deformation (TASDT) is applied for modelling of the structure and the continuity boundary conditions are used for coupling of the motion equations. In SMA connections between beam and columns, since there is phase transformation, hence, the motion equations of the structure are coupled with kinetic equations of phase transformation. The Hernandez-Lagoudas theory is applied for demonstrating of pseudoelastic characteristics of SMA. The corresponding motion equations are solved by differential cubature (DC) and Newmark methods in order to obtain the peak ground acceleration (PGA) and residual drift ratio for MRF-2%. The main impact of this paper is to present the influences of the volume percent and agglomeration of nanofibers, thickness and length of the concrete frame, SMA material and NFRP layer on the PGA and drift ratio. The numerical results revealed that the with increasing the volume percent of nanofibers, the PGA is enhanced and the residual drift ratio is reduced. It is also worth to mention that PGA of concrete frame with NFRP layer containing 2% nanofibers is approximately equal to the concrete frame with steel bars.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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