International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.10
no.1
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pp.99-112
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2016
During earthquake, reinforced concrete walls show complicated post-yield behavior varying with shear span-to-depth ratio, re-bar detail, and loading condition. In the present study, a macro-model for the nonlinear analysis of multi-story wall structures was developed. To conveniently describe the coupled flexure-compression and shear responses, a reinforced concrete wall was idealized with longitudinal and diagonal uniaxial elements. Simplified cyclic material models were used to describe the cyclic behavior of concrete and re-bars. For verification, the proposed method was applied to various existing test specimens of isolated and coupled walls. The results showed that the predictions agreed well with the test results including the load-carrying capacity, deformation capacity, and failure mode. Further the proposed model was applied to an existing wall structure tested on a shaking table. Three-dimensional nonlinear time history analyses using the proposed model were performed for the test specimen. The time history responses of the proposed method agreed with the test results including the lateral displacements and base shear.
This paper presents push-out tests of stud shear connectors to examine their fatigue behavior for developing a new composite bridge deck system. The fifteen push-out specimens of D16 mm stud welded on 9 mm steel plate were fabricated according to Eurocode-4, and a series of fatigue endurance test and residual strength test were performed. Additionally, the stiffness and strength variations by cyclic loading were compared. The push-out test, when the stiffness reduction ratio of the specimens was 0.95 under cyclic load, resulted in the failure of the studs. The stiffness variation of the push-out specimens additionally showed that the application of cyclic loads reduced the residual strength. The fatigue strength of the shear connectors were compared with the design values specified in the Eurocode-4, ASSHTO LRFD and JSSC codes. The comparison result showed that the fatigue endurance of the specimens satisfies the design values of these codes.
The behavior of steel-concrete composite beams is strongly influenced by the type of shear connection between the steel beam and the concrete slab. For accurate analytical predictions, the structural model must account for the interlayer slip between these two components. This paper focuses on a procedure for response sensitivity analysis using state-of-the-art finite elements for composite beams with deformable shear connection. Monotonic and cyclic loading cases are considered. Realistic cyclic uniaxial constitutive laws are adopted for the steel and concrete materials as well as for the shear connection. The finite element response sensitivity analysis is performed according to the Direct Differentiation Method (DDM); its analytical derivation and computer implementation are validated through Forward Finite Difference (FFD) analysis. Sensitivity analysis results are used to gain insight into the effect and relative importance of the various material parameters in regards to the nonlinear monotonic and cyclic response of continuous composite beams, which are commonly used in bridge construction.
Cyclic loading tests for shear dominant hybrid steel link beams with circular web openings were performed to evaluate the seismic performance. Four half-scaled specimens with bolted connections were tested. The test parameter is a diameter of the web opening, i.e., shear strength ratio ($V_{pw}/V_p$) of the link beam and presence of top-seat angles. Using test results, adequate design shear strength of link beam was finally suggested. Test results showed that when the shear capacity is less than half of the plastic shear strength, seismic performance was improved due to mitigation of pinching under reversed cyclic inelastic deformations.
Kim, Dong-Kwan;Eom, Tae-Sung;Lim, Young-Joo;Lee, Han-Seon;Park, Hong-Gun
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.23
no.5
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pp.569-579
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2011
Reinforced concrete walls subjected to cyclic loading show complicated inelastic behaviors varying with aspect ratio, re-bar detail, and loading condition. In the present study, a macro model for nonlinear analysis of reinforced concrete walls was developed. For exact prediction of inelastic flexure-compression and shear behaviors, the macro model of the wall was idealized with longitudinal and diagonal uniaxial elements. The uniaxial elements consist of concrete and re-bars. Simplified cyclic models for concrete and re-bars under uniaxial loading was used. For verification, the proposed model was applied to slender, lowrise, and coupled walls subjected to cyclic loading. The results showed that the proposed method predicted the nonlinear behaviors of the walls with reasonable precision.
Loading protocols have been developed for quasi-static cyclic testing of structures and components. However, it is uncertain if protocols developed for conditions of intense ground shaking in regions of high seismicity would also be applicable to regions of low-moderate seismicity that are remote from the tectonic plate boundaries. This study presents a methodology for developing a quasi-static cyclic displacement loading protocol for experimental bracing evaluation of cold-formed steel stud shear walls. Simulations presented in the paper were based on conditions of moderate ground shaking (in Australia). The methodologies presented are generic in nature and can be applied to other regions of similar seismicity conditions (which include many parts of China, Korea, India and Malaysia). Numerous response time histories including both linear and nonlinear analyses have been generated for selected earthquake scenarios and site classes. Rain-flow cycle counting method has been used for determining the number of cycles at various ranges of normalized displacement amplitude. It is found that the number of displacement cycles of the loading protocol increases with increasing intensity of ground shaking (associated with a longer return period).
This paper presents the experimental study of nine pieces of reinforced concrete (RC) short columns. RC short columns were tested with cyclic loading with displacement control under the influence of constant axial load with load index of 0.2. Three columns within the tested nine columns are reference columns which have the details of the reinforcement given in the modern regulations and six of them are 150 mm and 100 mm externally collared columns. In addition to the parameter of the collar spacing, aspect ratio (as=2-1.5-1) is also considered as a parameter. The data obtained from experimental results have shown that externally collar contributes significantly to increasing the shear resistance of RC short columns and limiting the shear dominant behavior. It has been observed that the effectiveness of the externally collar increases with the decrease of the aspect ratio.
Existing numerical models for strain-hardening cement-based composites (SHCC) are short of providing sufficiently accurate solutions to the failure patterns of coupling beams of different designs. The objective of this study is to develop an effective model that is capable of simulating the nonlinear behavior of SHCC coupling beams subjected to cyclic loading. The beam model proposed in this study is a macro-scale plane stress model. The effects of cracks on the macro-scale behavior of SHCC coupling beams are smeared in an anisotropic model. In particular, the influence of the defined crack orientations on the simulation accuracy is explored. Extensive experimental data from coupling beams with different failure patterns are employed to evaluate the validity of the proposed SHCC coupling beam models. The results show that the use of the suggested shear stiffness retention factor for damaged SHCC coupling beams is able to effectively enhance the simulation accuracy, especially for shear-critical SHCC coupling beams. In addition, the definition of crack orientation for damaged coupling beams is found to be a critical factor influencing the simulation accuracy.
The results of a numerical investigation pertaining to the hysteretic behaviour of concrete filled steel tubular (CFT) column to I-beam connections are discussed in detail. Following the verification of the numerical results against the available experimental tests, the nonlinear finite element (FE) analysis was implemented to evaluate the effects of different parameters including the column axial load, beam lateral support, shape and arrangement of stiffeners, stiffness of T-stiffeners, and the number of shear stiffeners. Pursuing this objective, an external CFT column to beam connection, tested previously, was selected as the case-study. The lateral forces on the structure were simulated, albeit approximately, using an incremental cyclic loading reversal applied at the beam tip. The results were compared in terms of hysteretic load-displacement curves, stress distributions in connection, strength, rotation, and energy dissipation capacity. It was shown that external T-stiffeners combined with internal shear stiffeners play an important role in the hysteretic performance of CFT columns to I-beam connections.
This study investigates the behavior of precast concrete cantilever wall systems with new vertical connections under cyclic loading. C-type steel connections for PC wall systems are proposed for the transfer of bending moments between walls in the vertical direction, whereas a shear key in the center of the wall is prepared to transfer shear forces by bearing pressure. The proposed connections are assembled easily because the directions of the slots are different at the edges of the walls. Structural performance characteristics such as the strength, ductility, and failure modes of test specimens were investigated. The longitudinal reinforcing steel bars, which are connected to the C-type connections, yielded first. Ultimate deformation was terminated owing to premature failure of the connections. The strength and deformation obtained from the cross-sectional analysis were generally similar to experimental data.
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