The presence of infill generally neglected in design despite the fact that infill contribution significantly increase the lateral stiffness and strength of the reinforced concrete frame structure. Several experimental studies and computational models have been proposed to capture the rational response of infill-frame interaction at global level. However, limited studies are available on explicit finite element modelling to study the local behavior due to high computation and convergence issues in numerical modelling. In the current study, the computational modelling of RC frames is done with various configurations of infill masonry in terms of types of blocks, lateral loading and reinforcement detailing employed with material nonlinearities, interface contact issues and bond-slip phenomenon particularly near the beam-column joints. To this end, extensive computational modelling of five variant characteristics test specimens extracted from the detailed experimental program available in literature and process through nonlinear static analysis in FEM code, ATENA generally used to capture the nonlinear response of reinforced concrete structures. Results are presented in terms of damage patterns and capacity curves by employing the finest possible detail provided in the experimental program. Comparative analysis shows that good correlation amongst the experimental and numerical simulated results both in terms of capacity and crack patterns.
This study aims at investigating the hysteretic performance of a novel composite wall panel fabricated by infilling aerated concrete blocks into a novel light-steel frame used for low-rise residential buildings. The novel light-steel frame is consisted of two thin-wall rectangular hollow section columns and a truss-beam assembled using patented U-shape connectors. Two bare light-steel frames and two composite wall panels have been tested to failure under horizontal cyclic loading. Hysteretic curves, lateral resistance and stiffness of four specimens have been investigated and analyzed. Based on the testing results, it is found that the masonry infill can significantly increase the lateral resistance and stiffness of the novel light-steel frame, about 2.3~3 and 21.2~31.5 times, respectively. Failure mode of the light-steel frame is local yielding of the column. For the composite wall panel, firstly, masonry infill is crushed, subsequently, local yielding may occur at the column if loading continues. Hysteretic curve of the composite wall panel obtained is not plump, implying a poor energy dissipation capacity. However, the light-steel frame of the composite wall panel can dissipate more energy after the masonry infill is crushed. Therefore, the composite wall panel has a much higher energy dissipation capacity compared to the bare light-steel frame.
In order to consider the modified seismic response of framed structures in the presence of masonry infills, proper models have to be formulated. Because of the complexity of the problem, a careful definition of an equivalent diagonal pin-jointed strut, able to represent the horizontal force-interstorey displacement cyclic law of the actual infill, may be a solution. In this connection the present paper, continuing a previous work in which a generalised criterion for the determination of the ideal cross-section of the equivalent strut was formulated, analizes some models known in literature for the prediction of the lateral cyclic behaviour discussing their field of validity. As a support of the discussion, the results of an experimental investigation involving single story-single bay infilled reinforced concrete. Frames under vertical and lateral loads with different kind of infill (actually not yet so much investigated) are presented. Finally, an improvement of a model known in the literature is proposed, taking the results of the experimental tests before mentioned into account.
In this paper, the non-linear behavior of masonry-infill and bare steel frames using different beam-column connections under monotonic static loading was investigated through a parametric study. Numerical models were carried out using one- and two-dimensional modelling to validate the experimental results. After validating the experimental results by using these models, a parametric study was carried out to model the behavior of these frames using flushed, extended, and welded connections. The results showed that using the welded or extended connection is more efficient than using the flushed type in masonry-infilled steel frames, since the lateral capacities, initial stiffness, and toughness have been increased by 155%, 601%, and 165%, respectively in the case of using welded connections compared with those used in bare frames. The FE investigation was broadened to study the influence of the variation of the uniaxial column loads on the lateral capacities of the bare/infill steel frames. As the results showed when increasing the amount of uniaxial loading on the columns, whether in tension or compression, causes the lateral load capacity of the columns to decrease by 26% for welded infilled steel frames. Finally, the influence of using different types of beam-to-column connections on the vertical capacities of the bare/infill steel frames under settlement effect was also studied. As a result, it was found that, the vertical load capacity of all types of frames and with using any type of connections is severely reduced, and this decrease may reach 62% for welded infilled frames. Furthermore, the flushed masonry-infilled steel frame has a higher resistance to the vertical loads than the flushed bare steel frame by 133%.
The influence of masonry infills with eccentric openings on the seismic performance of reinforced concrete (r/c) frames that were designed in accordance with current code provisions are investigated. Eight 1/3-scale, single-story, single-bay frame specimens were tested under cyclic horizontal loading up to a drift level of 4%. In all examined cases the shear strength of columns was higher than the cracking shear strength of solid infill. The parameters investigated include the shape and the location of the opening. Assessment of the behavior of the frames is also attempted, based on the observed failure modes, strength, stiffness, ductility, energy dissipation capacity and degradation from cycling loading. Based on these results there can be deduced that masonry infills with eccentrically located openings has been proven to be beneficial to the seismic capacity of the bare r/c frames in terms of strength, stiffness, ductility and energy dissipation. The location of the opening must be as near to the edge of the infill as possible in order to provide an improvement in the performance of the infilled frame.
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.
In order to consider the modified seismic response of framed structures in the presence of masonry infills, proper models have to be formulated. Because of the complexity of the problem, a careful definition of a diagonal pin-jointed strut, able to represent the horizontal force-interstorey displacement cyclic law of the actual infill, may be a solution. In this connection the present paper shows a generalized criterion for the determination of the ideal cross-section of the strut mentioned before. The procedure is based on the equivalence between the lateral stiffness of the actual infilled frame scheme during the conventional elastic stage of the response and the lateral stiffness of the same frame stiffened by a strut at the same stage. Unlike the usual empirical approaches available in the literature, the proposed technique involves the axial stiffness of the columns of the frame more than their flexural stiffness. Further, the influence of the bidimensional behaviour of the infill is stressed and, consequently, the dependence of the dimensions of the equivalent pin-jointed strut on the Poisson ratio of the material constituting the infill is also shown. The proposed approach is extended to the case of infills with openings, which is very common in practical applications.
Current seismic codes (e.g. the NTC08 Italian code and the EC8 European code) adopt a performance-based approach for both the design of new buildings and the assessment of existing ones. Different limit states are considered by verifying structural members as well as non structural elements and facilities which have generally been neglected in practice. The key role of non structural elements on building performance has been shown by recent earthquakes (e.g. L'Aquila 2009) where, due to the extensive damage suffered by infills, partitions and ceilings, a lot of private and public buildings became unusable with consequent significant socio-economic effects. Furthermore, the collapse of infill panels, particularly in the case of out-of-plane failure, represented a serious source of risk to life safety. This paper puts forward an infill model capable of accounting for the effects arising from prior in-plane damage on the out-of-plane capacity of infill panels. It permits an assessment of the seismic performance of existing RC buildings with reference to both structural and non structural elements, as well as of their mutual interaction. The model is applied to a building type with RC framed structure designed only to vertical loads and representative of typical Italian buildings. The influence of infill on building performance and the role of the out-of-plane response on structural response are also discussed.
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.
Journal of the Korean Institute of Rural Architecture
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v.16
no.2
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pp.1-8
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2014
In the past, Korea was classified as a region not affected by earthquakes. However, recent increase of earthquakes has forced to strengthen standards of earthquake resistant designs of structures to minimize seismic damage. In addition, it was thought that masonry infill walls in buildings are only acting as partitions, so these walls are not considered in analyzing building structures. But it was found that when seismic loads are applied to a structure with masonry infill walls, the walls affect the structure. Accordingly, this study conducted nonlinear static analyses for a structure constructed before applying earthquake resistant designs in two cases: when considering masonry walls and when not. The result showed that the seismic performance of the structure is insufficient. Thus, the structural resistance of the structure was also studied in two cases: when reinforcing with steel plate braces and when using carbon fiber braces. In the two cases reinforcing two different stiffeners, it was appeared that the behaviors of the structure were similar, though the cross-section area of a carbon fiber brace used to reinforcing the structure is only 12.6% of a steel plate brace, and its weight is only 2.8%. Thus, the reinforcing effect of the thin, light-weighted carbon fiber brace is much larger than that of the steel plate brace, when considering usability and constructability of both materials.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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