본 연구는 H-pile과 철근콘크리트 벽체를 전단연결재인 스터드 볼트를 사용하여 합성시킨 합성지하벽의 전단성능에 대한 실험연구 결과와 전단내력 산정시 적용시킬 수 있는 방안을 제시하고 있다. 합성지하벽의 전단성능에 영향을 미칠 합성율, 스터드볼트의 배치방법, 콘크리트벽체의 두께, 전단스팬비 및 전단보강근량을 주요변수로 선정하여 12개의 실험체를 제작하였다. 합성율을 제외한 주요 변수들은 합성지하벽의 전단내력에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 아울러 합성지하벽의 전단내력 산정시 V=(Vc+Vre)+Vs라는 전단내력식을 기본식으로 하여 기존의 철근 콘크리트 전단내력식으로 제안된 ACI 318-99와 Zsutty식, Bazant식 그리고 철골의 전단내력식으로 제안된 강구조 한계상태 설계법에서 제시하고 있는 식으로 계산한 결과가 실험결과와 유사하게 나타남을 볼 수 있었다. 또한 소정의 합성율이 확보될 경우, 철골부재와 콘크리트벽체가 최대내력시까지 일체로 거동하며, 이를 고려하여 전단내력 산정시 합성부재의 전체깊이를 적용한 경우, 기존의 내력식을 이용하여 합성지하벽의 전단내력 예측이 가능할 것으로 판단된다.
Haitao Xu;Jinbin Xu;Zhanfa Dong;Zhixin Ding;Mingxin Bai;Xiaodong Du;Dayang Wang
Nuclear Engineering and Technology
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제56권6호
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pp.2352-2366
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2024
Reinforced concrete (RC) shear walls with precast steel-concrete composite modular (PSCCM) are strongly recommended in the structural design of nuclear power plants due to the need for a large number of process pipeline crossings and industrial construction. However, the effect of the PSCCM on the mechanical behavior of the whole RC shear wall is still unknown and has received little attention. In this study, three 1:3 scaled specimens, one traditional shear wall specimen (TW) and two shear wall specimens with the PSCCM (PW1, PW2), were designed and investigated under cyclic loadings. The failure mode, hysteretic curve, energy dissipation, stiffness and strength degradations were then comparatively investigated to reveal the effect of the PSCCM. Furthermore, numerical models of the RC shear wall with different PSCCM distributions were analyzed. The results show that the shear wall with the PSCCM has comparable mechanical properties with the traditional shear wall, which can be further improved by adding reinforced concrete constraints on both sides of the shear wall. The accumulated energy dissipation of the PW2 is higher than that of the TW and PW1 by 98.7 % and 60.0 %. The failure of the shear wall with the PSCCM is mainly concentrated in the reinforced concrete wall below the PSCCM, while the PSCCM maintains an elastic working state as a whole. Shear walls with the PSCCM arranged in the high stress zone will have a higher load-bearing capacity and lateral stiffness, but will suffer a higher risk of failure. The PSCCM in the low stress zone is always in an elastic working state.
Xiaohu Li;Hao Luo;Xihao Ren;Tao Zhang;Lei Li;Ke Shi
Structural Engineering and Mechanics
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제90권4호
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pp.345-356
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2024
This paper aims to investigate the seismic behavior of double steel plate and concrete composite shear wall (DSCW) of shield buildings in nuclear power engineering through experimental study. Hence, a total of 10 specimens were tested to investigate the hysteretic performance of DSCW specimens in detail, in terms of load vs. displacement hysteretic curves, skeleton curves, failure modes, flexural strength, energy dissipation capacity. The experimental results indicated that the thickness of steel plate, vertical load and stiffener have great influence on the shear bearing capacity of shear wall, and the stud space has limited influence on the shear capacity. And finally, a novel simplified formula was proposed to predict the shear bearing capacity of composite shear wall. The predicted results showed satisfactory agreement with the experimental results.
Zarrintala, Hadi;Maleki, Ahmad;Yaghin, Mohammad Ali Lotfollahi
Earthquakes and Structures
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제23권3호
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pp.297-313
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2022
Composite steel plate shear wall (CSPSW) is a relatively novel structural system proposed to improve the performance of steel plate shear walls by adding one or two layers of concrete walls to the infill plate. In addition, the buckling of the infill steel plate has a significant negative effect on the shear strength and energy dissipation capacity of the overall systems. Accordingly, in this study, using the finite element (FE) method, the performance and behavior of composite steel shear walls using T-shaped stiffeners to prevent buckling of the infill steel plate and increase the capacity of CSPSW systems have been investigated. In this paper, after modeling composite steel plate shear walls with and without steel plates with finite element methods and calibration the models with experimental results, effects of parameters such as several stiffeners, vertical, horizontal, diagonal, and a combination of T-shaped stiffeners located in the composite wall have been investigated on the ultimate capacity, web-plate buckling, von-Mises stress, and failure modes. The results showed that the arrangement of stiffeners has no significant effect on the capacity and performance of the CSPSW so that the use of vertical or horizontal stiffeners did not have a significant effect on the capacity and performance of the CSPSW. On the other hand, the use of diagonal hardeners has potentially affected the performance of CSPSWs, increasing the capacity of steel shear walls by up to 25%.
PHC-W흙막이벽체와 결합된 지하증설벽체의 테스트베드를 구축중에 있다. 지하증설벽체의 제원을 결정하기 위하여 실대형 지하증설벽체의 핵심 부재를 제작하여 휨강도실험 및 전단강도실험을 실시하였다. 원형 PHC말뚝의 단면 형상을 개량하여 개발된 PHC-W 흙막이벽체를 건축물 지하벽체로 활용하기 위하여 합성증설벽체와 비합성증설벽체를 제작하여 휨강도 및 전단강도 실험을 수행하였다. 합성증설벽체와 비합성증설벽체에서 휨모멘트 강도 실험값 및 전단강도 실험값이 유사한 수준으로 나타났으므로 합성증설벽체 대신에 시공이 간편하고 비용이 절감될 수 있는 비합성증설벽체를 적용할 수 있다는 것을 확인하였다. 실대형 모형 증설벽체는 두께 200mm로 제작되었는데, PHC-W 흙막이벽체와 결합된 지하증설벽체의 경우 동등 지하실 규모의 통상적인 지하벽체보다 두께를 100~200mm 정도 절감할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
Mohammad Rezaeian Pakizeh;Hossein Parastesh;Iman Hajirasouliha;Farhang Farahbod
Steel and Composite Structures
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제46권4호
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pp.497-512
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2023
Using light weight concrete as infill material in conventional cold-formed steel (CFS) shear wall systems can considerably increase their load bearing capacity, ductility, integrity and fire resistance. The compressive strength of the filler concrete is a key factor affecting the structural behaviour of the composite wall systems, and therefore, achieving maximum compressive strength in lightweight concrete while maintaining its lightweight properties is of significant importance. In this study a new type of optimum polystyrene lightweight concrete (OPLC) with high compressive strength is developed for infill material in composite CFS shear wall systems. To study the seismic behaviour of the OPLC-filled CFS shear wall systems, two full scale wall specimens are tested under cyclic loading condition. The effects of OPLC on load-bearing capacity, failure mode, ductility, energy dissipation capacity, and stiffness degradation of the walls are investigated. It is shown that the use of OPLC as infill in CFS shear walls can considerably improve their seismic performance by: (i) preventing the premature buckling of the stud members, and (ii) changing the dominant failure mode from brittle to ductile thanks to the bond-slip behaviour between OPLC and CFS studs. It is also shown that the design equations proposed by EC8 and ACI 318-14 standards overestimate the shear force capacity of OPLC-filled CFS shear wall systems by up to 80%. This shows it is necessary to propose methods with higher efficiency to predict the capacity of these systems for practical applications.
도심지의 제한된 공간에서 대형 건축 지하구조물을 축조하기 위한 지하 굴토공사는 주변지반의 안정이 최우선 되어야 하며, 이를 위해서 흙막이 공사가 필수적으로 검토되어야 한다. 가설 흙막이 구조에서 응력부담재로 주로 사용되고 있는 H-Pile은 주열식 흙막이 벽체에서 지하외벽의 시공 이후에는 방치되므로 재료의 낭비를 초래하게 된다. 이를 개선하기 위하여 가설재인 H-Pile과 지하벽을 합성한 합성지하벽 공법이 개발되어 현재 많은 국내의 현장에 활용되고 있다. 본 연구에서는 지하합성벽의 전단내력을 평가하기 위하여 총 5개의 실험체를 제작하였다. 실험변수로는 전단연결재에 따른 합성율과 벽체 두께를 변수로 하여 실험을 실시하였으며, 기준식에서 제시하는 콘크리트 전단강도와 H-Pile의 전단강도를 실험값과 비교 분석하였다. 실험결과 합성율이 증가함에 따라 전단강도는 상승하지만 그 차이는 크지 않은 것으로 나타났다. 합성지하벽의 전단강도 산정시, 콘크리트 강재의 웨브 뿐만아니라, 강재플랜지의 기여도를 고려한 새로운 식을 제시하고 이를 이용한 계산결과와 실험결과를 비교한 결과 좋은 대응을 보이는 것으로 나타났다.
The effective stiffness-based optimal technique to control quantitatively lateral drift for shear wall-Frame structure system using composit member subject to lateral loads is presented. Also, displacement sensitivity depending on behavior characteristics of structure system is established and approximation concept that preserves the generality of the mathematical programming is introduced. Finally, the resizing technique of shear wall, frame and composite member is developed and the example of 20 story framework is presented to illustrate the features of the quantitative lateral drift control technique.
Lei Li;Wei Huang;Zhengyi Kong;Li Zhang;Youde Wang;Quang-Viet Vu
Steel and Composite Structures
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제52권4호
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pp.391-403
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2024
The flexural behavior of composite sandwich wall panels with different thicknesses, numbers of holes, and hole forms, and arrangement form of longitudinal steel bar (uniform type and concealed-beam type) are investigated. A total of twelve composite sandwich wall panels are prepared, utilizing modified polystyrene particles mixed with foam concrete for the flexural performance test. The failure pattern of the composite sandwich wall panels is influenced by the extruded polystyrene panel (XPS) panel thickness and the reinforcement ratio in combination, resulting in both flexural and shear failure modes. Increasing the XPS panel thickness causes the specimens to transition from flexural failure to shear failure. An increase in the reinforcement ratio leads to the transition from flexural failure to shear failure. The hole form on the XPS panel and the steel bar arrangement form affect the loading behavior of the specimens. Plum-arrangement hole form specimens exhibit lower steel bar strain and deflection compared to linear-arrangement hole form specimens. Additionally, specimens with concealed beam-type steel bar display lower steel bar strain and deflection than uniform-type steel bar specimens. However, the hole form and steel bar arrangement form have a limited impact on the ultimate load. Theoretical formulas for cracking load are provided for both fully composite and non-composite states. When compared to the experimental values, it is observed that the cracking load of the specimens with XPS panels closely matches the calculations for the non-composite state. An accurate prediction model for the ultimate load of fully composite wall panels is developed. These findings offer valuable insights into the behavior of composite sandwich wall panels and provide a basis for predicting their performance under various design factors and conditions.
This paper presents a preliminary study on the influence of material ductility on diagonal tension behavior of shear-wall panels. There have been a number of previous studies, which suggest that the use of high ductile material such as ECC (Engineered Cementitious Composite) significantly enhanced shear capacity of structural elements even without shear reinforcements involved. The present study emphasizes increased shear capacity of shear-wall panels by employing a unique strain-hardening ECC reinforced with poly(vinyl alcohol) (PVA) short random fibers. Normal concrete was adopted as the reference material. Experimental investigation was performed to assess the failure mode of shear-wall panels subjected to knife-edge loading. The results from experiments show that ECC panels exhibit a more ductile failure mode and higher shear capacity when compared to ordinary concrete panels. The superior ductility of ECC was clearly reflected by micro-crack development, suppressing the localized drastic fracture typically observed in concrete specimen. This enhanced structural performance indicates that the application of ECC for a in-filled frame panel can be effective in enhancing seismic resistance of an existing frame in service.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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