This article presents a comparative study of the effect of steel layouts on the seismic behavior of transition steel-concrete composite connections, both experimental and analytical investigations of concrete filled steel tube-reinforced concrete (CFST-RC) and steel reinforecd concrete-reinforced concrete (SRC-RC) structures were conducted. The steel-concrete composite connections were subjected to combined constant axial load and lateral cyclic displacements. Tests were carried out on four full-scale connections extracted from a real project engineering with different levels of axial force. The effect of steel layouts on the mechanical behavior of the transition connections was evaluated by failure modes, hysteretic behavior, backbone curves, displacement ductility, energy dissipation capacity and stiffness degradation. Test results showed that different steel layouts led to significantly different failure modes. For CFST-RC transition specimens, the circular cracks of the concrete at the RC column base was followed by steel yielding at the bottom of the CFST column. While uncoordinated deformation could be observed between SRC and RC columns in SRC-RC transition specimens, the crushing and peeling damage of unconfined concrete at the SRC column base was more serious. The existences of I-shape steel and steel tube avoided the pinching phenomenon on the hysteresis curve, which was different from the hysteresis curve of the general reinforced concrete column. The hysteresis loops were spindle-shaped, indicating excellent seismic performance for these transition composite connections. The average values of equivalent viscous damping coefficients of the four specimens are 0.123, 0.186 and 0.304 corresponding to the yielding point, peak point and ultimate point, respectively. Those values demonstrate that the transition steel-concrete composite connections have great energy dissipating capacity. Based on the experimental research, a high-fidelity ABAQUS model was established to further study the influence of concrete strength, steel grade and longitudinal reinforcement ratio on the mechanical behavior of transition composite connections.
Jian-Tao Wang;Yue Wei;Juan Wang;Yu-Wei Li;Qing Sun
Steel and Composite Structures
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v.49
no.4
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pp.441-456
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2023
Aiming at the development trend of light weight and high strength of engineering structures, this paper experimentally investigated the seismic performance of circular-in-square high-strength concrete-filled double skin steel tubular (HCFDST) stub columns with out-of-code width-to-thickness (B/t) ratios. Typical failure mode of HCFDST stub columns appeared with the infill material crushing, steel fracture and local buckling of outer tubes as well as the inner buckling of inner tubes. Subsequently, the detailed analysis on hysteretic curves, skeleton curves and ductility, energy dissipation, stiffness degradation and lateral force reduction was conducted to reflect the influences of hollow ratios, axial compression ratios and infill types, e.g., increasing hollow ratio from 0.54 to 0.68 and 0.82 made a slight effect on bearing capacity compared to the ductility coefficients; the higher axial compression ratio (e.g., 0.3 versus 0.1) significantly reduced the average bearing capacity and ductility; the HCFDST column SCFST-6 filled with concrete obviously displayed the larger initial secant stiffness with a percentage 34.20% than the column SCFST-2 using engineered cementitious composite (ECC); increasing hollow ratios, axial compression ratios could accelerate the drop speed of stiffness degradation. The out-of-code HCFDST stub columns with reasonable design could behave favorable hysteretic performance. A theoretical model considering the tensile strength effect of ECC was thereafter established and verified to predict the moment-resisting capacity of HCFDST columns using ECC. The reported research on circular-in-square HCFDST stub columns can provide significant references to the structural application and design.
Preciado, Adolfo;Ramirez-Gaytan, Alejandro;Gutierrez, Nayar;Vargas, David;Falcon, Jose Manuel;Ochoa, Gil
Steel and Composite Structures
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v.26
no.2
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pp.213-226
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2018
This paper focuses on the seismic protection of slender old masonry structures by the implementation of prestressing devices at key locations. The devices are vertically and externally located inside the towers in order to be reversible and calibrated. An extensive parametric study on a selected slender tower is carried out based on more than 100 nonlinear static simulations aimed at investigating the impact of different parameters on the seismic performance: (i) different prestressing levels; (ii) shape memory alloy superelasticity and (iii) changes in prestressing-forces in all the stages of the analysis until failure and masonry toe crushing. The tendon materials under analysis are conventional prestressing steel, fiber-reinforced polymers of different fibers and shape memory alloys. The parametric study serves to select the most suitable prestressing device and optimal prestressing level able to dissipate more earthquake energy. The seismic energy dissipation is evaluated by comparing the structural capacity curves in original state and retrofitted.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.4
no.4
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pp.147-154
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1984
A numerical procedure based on the finite element method for the analysis of reinforced concrete beam-columns under uniaxial bending is presented. Material nonlinearities such as the cracking and crushing of concrete and the yielding of reinforcing steel as well as the geometric nonlinearity which is an important factor affecting the behavior of beam-columns are considered in the analysis. This method traces the behavior of reinforced concrete beam-columns up to failure by solving incremental equilibrium equations, Numerical examples are presented to demonstrate the validity and usefulness of the present method.
The compression-compression fatigue properties of the closed cell Al-Si-Ca alloy foams have been studied. The monotonic and cyclic compressive properties were compared with each other and the fatigue stress-life (S-N) curves were presented. In compression-compression fatigue, the crushing was found to initiate in a single band which broadens gradually with additional fatigue cycles. Progressive shortening of the specimen took place due to a combination of low cycle fatigue failure and cyclic ratcheting which is in accordance with the findings of previous researchers [1-3]. Young's modulus of the foam was found to decrease with the increasing strain in case of fatigue test however in case of monotonic compression test the value of Young's modulus increased with the strain (number of cycles). The endurance limit on the basis of $10^{7}$ cycles obtained by extrapolating the experimental results were 0.98 MPa and 1.70 MPa for load ratios 0.1 and 0.5 respectively which are 34 % and 59 % of the plateau stress.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2010.09a
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pp.241-252
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2010
This study investigates the application of dilatometer test for evaluating the deformation characteristics of granular soil. $K_D$ is the most sensitive to the stress history among CPT and DMT measurements, and $E_D$ and $q_c$ are observed to be similarly affected by the stress history. The coefficient of at-rest earth pressure($K_0$) is an indirect measure evaluating the stress history of granular soil. A relation using only DMT indices provides appropriate prediction of $K_0$ values. Although penetration of dilatometer inevitably induces the failure of cementation bonds, $E_D$ reflects the deformation characteristics of undamaged cementation relatively well. Therefore, a slightly better prediction of M value for cemented sand is achieved by using $E_D$ rather than $q_c$. Because of the weaker particle strength of calcareous sand compared than quartz sand, the majority of sand particles adjacent to dilatometer probe will be crushed during penetration. The particle crushing will induce the less contraction of the dilatometer membrane during penetration, consequently, the smaller $K_D$ and $E_D$ of calcareous sand.
The research described in this paper investigates the seismic behaviour of lightly reinforced concrete (RC) bearing sandwich panels, heavily conditioned by shear deformation. A numerical model has been prepared, within an open source finite element (FE) platform, to simulate the experimental response of this emerging structural system, whose squat-type geometry affects performance and failure mode. Calibration of this equivalent mechanical model, consisting of a group of regularly spaced vertical elements in combination with a layer of nonlinear springs, which represent the cyclic behaviour of concrete and steel, has been conducted by means of a series of pseudo-static cyclic tests performed on single full-scale prototypes with or without openings. Both cantilevered and fixed-end shear walls have been analyzed. After validation, this numerical procedure, including cyclic-related mechanisms, such as buckling and subsequent slippage of reinforcing re-bars, as well as concrete crushing at the base of the wall, has been used to assess the capacity of two- and three-dimensional low- to mid-rise box-type buildings and, hence, to estimate their strength reduction factors, on the basis of conventional pushover analyses.
The objective of this paper is to develop a finite element procedure for predicting the compressive strength and ultimate axial strain of Carbon Fiber Reinforced Plastics (CFRP) confined circular concrete columns and to study the effective parameters of confinement efficiency for helping design of CFRP retrofit technology. The behavior of concrete confined with CFRP is studied using the nonlinear finite element method. In this paper, effects of column size, CFRP volumetric ratio and plain concrete strength are studied. The confined concrete nonlinear constitutive relation, concrete failure criterion and stiffness reduction methodology after concrete cracking or crushing are adopted. First, the finite element model is verified by comparing the numerical solutions of confined concrete with experimental results. Then the effects of column size, CFRP volumetric ratio and plain concrete strength on the peak strength and ductility of the confined concrete are considered. The results of parametric study indicate that the normalized column axial strength increases with increasing CFRP volumetric ratio, but without size effect for columns with the same CFRP volumetric ratio. As the same, the increase in column ductility depends on CFRP volumetric ratio but without size effect for columns with the same CFRP volumetric ratio.
Oehlers, Deric John;Ahmed, Marfique;Nguyen, Ninh T.;Bradford, Mark Andrew
Structural Engineering and Mechanics
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v.10
no.3
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pp.227-243
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2000
In a companion paper, tests on bolted side plated beams have shown that side plates can substantially increase the strength of existing reinforced concrete beams with little if any loss of ductility and, furthermore, induce a gradual mode of failure after commencement of concrete crushing. However, it was also shown that transverse interaction between the side plates and the reinforced concrete beam, that is vertical slip and which is a concept unique to side plated beams, is detrimental. Transverse interaction increases the forces on the bolt shear connectors and, hence, weakens the beam. It also reduces the ability of the composite plated beam to yield and, hence, to attain its full flexural capacity. The generic concept of transverse interaction will be described in this paper and the results used to develop a new form of rigid plastic analysis for bolted side plated beams which is illustrated with an application.
Steel-concrete-steel sandwich composite wall is composed of two external steel plates and infilled concrete core. Internal mechanical connectors are used to enhance the composite action between the two materials. In this paper, the compressive behavior of a novel sandwich composite wall was studied. The steel trusses were applied to connect the steel plates to the concrete core. Three short specimens with different truss spacings were tested under compressive loading. The boundary columns were not included. It was found that the failure of walls started from the buckling of steel plates and followed by the crushing of concrete. Global instability was not observed. It was also observed that the truss spacing has great influence on ultimate strength, buckling stress, ductility, strength index, lateral deflection, and strain distribution. Three modern codes were introduced to calculate the capacity of walls. The comparisons between test results and code predictions show that AISC 360 provides significant underestimations while Eurocode 4 and CECS 159 offer overestimated predictions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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