Past experiences from recent earthquakes indicate that shear failures of beam-column connections were one of the main reasons causing significant damages and collapses of RC structures subjected to earthquake loadings. Many researchers and engineers have conducted to propose an effective way to improve the joint shear strength of RC connections. This paper presents an analytical model for the RC exterior beam-column joints strengthened with CFRP sheets. In the analytical model, the effect of shear behavior of the RC beam-column joint, bond slip of the beam longitudinal reinforcements and CFRP sheets were considered and incorporated into the non-linear structural analysis program. Final analytical results were compared with those from the experiment of eight exterior RC beam-column specimens. The analytical results showed that the developed connection model is very useful to investigate the hysteretic joint behavior and overall load-displacement response of the RC beam-column connections strengthened with CFRP sheets.
To investigate the cyclic characteristics of the retrofitted exterior joints of RC frame with haunch, 70% scaled 6 beam-column exterior joint subassemblies were designed according to design guideline according to 1988 and tested with cyclic loading up to 3.5% story drift ratio. During the experiments axial forces are applied to columns to simulate gravity load. Experimental results shows that the strength of retrofitted specimens was increased steadily until 2.5% story drift ratio and their strengths increased more than 1.7 times of the non-retrofitted in case that main bar was bent away from exterior joint. The joint strength and effective stiffness of the retrofitted specimen was increased and results in more deformation capacity compared to the non-retrofitted.
Zabihi, Alireza;Tsang, Hing-Ho;Gad, Emad F.;Wilson, John L.
Structural Engineering and Mechanics
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제71권4호
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pp.341-350
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2019
Exterior beam-column joint is typically the weakest link in a limited-ductile reinforced concrete (RC) frame structure. The use of diagonal haunch element has been considered as a desirable seismic retrofit option for reducing the seismic demand at the joint. Previous research globally has focused on implementing double haunches, while the use of single haunch element as a less-invasive and more architecturally favorable retrofit option has not been investigated. In this paper, the key formulations and a design procedure for the single haunch system for retrofitting RC exterior beam-column joint are developed. An application of the proposed design procedure is then illustrated through a case study.
Various models have been proposed by several researchers for predicting the exterior RC beam-column joint shear strength. Most of these models were calibrated and verified with some limited experimental database. From the models it has been identified that the joint shear strength majorly depends on ten governing parameters. In the present paper, detailed investigation of twelve analytical models for predicting shear strength of exterior beam-column joint has been carried out. The study shows the effect of each governing parameter on joint shear strength predicted by various models. It has been observed that the consensus on effect of few of the governing parameters amongst the considered analytical models has not been attained. Moreover, the predicted joint strength by different models varies significantly. Further, the prediction of joint shear strength by these analytical models has also been compared with a set of 200 experimental results from the literature. It has been observed that none of the twelve models are capable of predicting joint shear strength with sufficient accuracy for the complete range of experimental results. The research community has to reconsider the effect of each parameters based on larger set of test results and new improved analytical models should be proposed.
The objective of this study is to clarify the seismic capacity and the characteristics in the hysteretic behavior of RC structures with non-seismic detailing. Interior and exterior beam-column subassemblages were selected from a ten-story RC building and six 1/3-scale specimens were constructed with three variables; (1) with and without slab, (2) with and without hoop bars in the Joint region, (3) upward and downward direction of anchorage for the bottom bar in beams of exterior beam-column subassemblage. The test results have shown; (1) in case of interior beam-column subassemblage, there is no almost difference between nonseismic and seismic details in the strength and ductility capacity; (2) the Korean practice of anchorage (downward and 25 $d_{b}$ anchorage length) in the exterior Joint caused the 10%~20% reduction of strength and 27% reduction of ductility iii comparison with tile case of seismic details; and the existence of hoop bars in the joint region shows no effect in shear strain.n.
To study the seismic resistance of the shear capacity of the RC beam-column joints of two-story and four-story RC buildings, sample buildings are designed with ordinary moment resisting frame. For the shear capacity of joints, the equations of FEMA 356 and NZ seismic assessment are selected and compared. For comparison, one group of buildings is designed only for gravity loads and the other group is designed for seismic and gravity loads. For 16 cases of the designed buildings, seismic performance point is evaluated through push-over analysis and the capacity of joint shear strength is checked. Not only for the gravity designed buildings but also for seismic designed buildings, the demand of joint shear is exceeding the capacity at exterior joints. However, for interior joint, the demand of joint shear exceeds the capacity only for one case. At exterior joints, the axial load stress ratio is lower than 0.21 for gravity designed buildings and 0.13 for seismic designed buildings.
Detailed analysis of internal forces of exterior beam-column joints of RC frames under seismic action is reported in this paper. A formula is derived for calculating the average joint shear from the column shears, and a formula is proposed to estimate torque in eccentric joints induced by seismic action. Average joint shear stress and strain are defined consistently for exterior joints, which can be used to establish joint shear constitutive relationship. Numerical results of shear, bending moment and torque in joints induced by seismic action are presented for a pair of concentric and eccentric exterior connections extracted from a seismically designed RC frame, and two sections located at the levels of beam bottom and top reinforcement, respectively, are identified as the critical joint sections for evaluating seismic joint behavior. A simplified analysis of the effects of joint shear and torque on the flexural strengths of the critical joint sections is made for the two connections extracted from the frame, and the results indicate that joint shear and torque induced by a strong earthquake may lead to "joint-hinging" mechanism of seismically designed RC frames.
Dar, M. Adil;Subramanian, N.;Pande, Sumeet;Dar, A.R.;Raju, J.
Structural Engineering and Mechanics
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제74권2호
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pp.243-254
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2020
Devastating RC structural failures in the past have identified that the behavior of beam-column joints is more critical and significantly governs the global structural response under seismic loading. The congestion of reinforcement at the beam-column joints with other constructional difficulties has escalated the attention required for strengthening RC beam-column joints. In this context, numerous studies have been carried out in the past, which mainly focused on jacketing the joints with different materials. However, there is no comparative study of different approaches used to strengthen RC beam-column joints, from efficiency and cost perspective. This paper presents a detailed investigation carried out to study the various strengthening schemes of exterior RC beam-column joints, viz., steel fiber reinforcement, carbon fiber reinforced polymer (CFRP) strengthening, steel haunch strengthening, and confining joint reinforcement. The effectiveness of each scheme was evaluated experimentally. These specimens were tested under horizontal loading that produced opening moments on the joints and their behavior was studied with emphasis on strength, displacement ductility, stiffness, and failure mechanism. Special attention was given to the study of crack-width.
This paper presents the experimental result of Reinforced Concrete column-steel beam joint connected by Band Plates(BP). Main parameters in the test are the shape of BP and thickness of plate. Ten interior and exterior RC column-steel beam joint specimens are designed. Cyclic loads are applied to the beam end of eight specimens (four interior specimens and four exterior specimens). To evaluate the cyclic effect, monotonic loads are acted for two specimens. All specimen showed similar failure pattern such as the plate of BP get torn after the large deformation. Even though the specimen with double cross type BP has lower strength than the specimen with single cross type BP, the energy dissipation capacity of the specimen turned out high. Thus, provided the strength of joint with double cross type to be designed to have suitable strength by increasing the thickness of plate, the joint system may show higher seismic capacity.
이 연구에서는 볼트접합 및 프리스트레스를 적용한 프리캐스트 콘크리트 보-기둥 외부접합부의 내진 및 구조적 성능을 평가하였다. 총 5개의 보-기둥 외부접합부 실험체를 제작하고 보 단부에 변위제어 방식으로 반복하중을 가하며 실험을 수행하였다. 이 연구의 결과를 근거로 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다. 완전 건식공법이 적용된 PC 접합부는 완전 습식공법이 적용된 RC 접합부보다 에너지소산이나 핀칭현상에 있어서 불리한 거동을 보였지만 이는 설계과정에서 의도된 현상이며, 횡변형 능력에 있어서는 우수한 결과를 보였다. 또한 층간변위비 4%까지 횡하중 저항성능의 손실이 발생하지 않았고 매설용너트에 항복이 집중되는 메커니즘을 보이는 점으로 미루어 볼 때 개발된 접합부는 외부접합부 횡저항시스템으로서 적합한 것으로 사료된다. 추가적인 프리스트레스는 PC 접합부의 과도한 핀칭현상 방지 및 접합부 균열제어에 효과적이었으며 PC 접합부의 전체적인 내진성능을 향상시켰다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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