SMART Frame is a composite precast concrete structure system to deliver the advantages of both steel frame and reinforced concrete. Many studies have established to date that SMART Frame is more advantageous than conventional frame-type structure in terms of structural stability, constructability, economic viability as well as reduction of construction schedule. However, such studies have focused primarily on wall-type or flat slab-type apartment housing structures, failing to include Rahmen structures in their scope. Accordingly, this study aims to analyze the benefits of potential application of SMART Frame to RC Rahmen structures. As the structural stability and constructability of SMART Frame is already proven, this study reviews its benefits from the perspective of cost reduction. Conclusion of this study will be used subsequently in predicting the benefits of SMART Frame when it is adapted to RC Rahmen structures.
Choi, Seung-Ho;Hwang, Jin-Ha;Lee, Deuck Hang;Kim, Kang Su;Zhang, Dichuan;Kim, Jong Ryeol
Computers and Concrete
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제22권4호
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pp.383-393
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2018
Infill wall strengthening method has been widely used for seismic strengthening of deteriorated reinforced concrete (RC) frame structures with non-seismic details. Although such infill wall method can ensure sufficient lateral strengths of RC frame structures deteriorated in seismic performances with a low constructional cost, it generally requires quite cumbersome construction works due to its complex connection details between an infill wall and existing RC frame. In this study, an advanced seismic strengthening method using externally-anchored precast wall panels (EPCW) was developed to overcome the disadvantage inherent in the existing infill wall strengthening method. A total of four RC frame specimens were carefully designed and fabricated. Cyclic loading tests were then conducted to examine seismic performances of RC frame specimens strengthened using the EPCW method. Two specimens were fully strengthened using stocky precast wall panels with different connection details while one specimen was strengthened only in column perimeter with slender precast wall panels. Test results showed that the strength, stiffness, and energy dissipation capacity of RC frame specimens strengthened by EPCWs were improved compared to control frame specimens without strengthening.
This paper investigates the effect of aftershocks on the seismic performance of self-centering (SC) prestressed concrete frames using the probabilistic seismic demand analysis methodology. For this purpose, a 4-story SC concrete frame and a conventional reinforced concrete (RC) frame are designed and numerically analyzed through nonlinear dynamic analyses based on a set of as-recorded mainshock-aftershock seismic sequences. The peak and residual story drifts are selected as the demand parameters. The probabilistic seismic demand models of the SC and RC frames are compared, and the SC frame is found to have less dispersion of peak and residual story drifts. The results of drift demand hazard analyses reveal that the SC frame experiences lower peak story drift hazards and significantly reduced residual story drift hazards than the RC frame when subjected to the mainshocks only or the mainshock-aftershock sequences, which demonstrates the advantages of the SC frame over the RC frame. For both the SC and RC frames, the influence of as-recorded aftershocks on the drift demand hazards is small. It is shown that artificial aftershocks can produce notably increased drift demand hazards of the RC frame, while the incremental effect of artificial aftershocks on the drift demand hazards of the SC frame is much smaller. It is also found that aftershock polarity does not influence the drift demand hazards of both the SC and RC frames.
In recent times, there has been a growing need to retrofit and strengthen reinforced concrete (RC) structures that have been damaged. Numerous studies have explored various methods for strengthening RC beams. However, there is a significant dearth of research investigating the utilization of ultra-high-performance concrete (UHPC) for retrofitting damaged RC beams within a concrete frame. This study aims to develop a finite element (FE) model capable of accurately simulating the nonlinear behavior of RC beams and subsequently implementing it in an RC concrete frame. The RC frame is subjected to loading until failure at two distinct degrees, followed by retrofitting and strengthening using Ultra high performance shotcrete (UHPS) through two different methods. The results indicate the successful simulation of the load-displacement curve and crack patterns by the FE model, aligning well with experimental observations. Novel techniques for reinforcing deteriorated concrete frame structures through ABAQUS are introduced. The second strengthening method notably improves both the load-carrying capacity and initial stiffness of the load-displacement curve. By incorporating embedded rebars in the frame's columns, the beam's load-carrying capacity is enhanced by up to 31% compared to cases without embedding. These findings indicate the potential for improving the design of strengthening methods for damaged RC beams and utilizing the FE model to predict the strengthening capacity of UHPS for damaged concrete structures.
A seismic strengthening method using Velcro is proposed to improve the seismic performance of columns in RC frame structures. The proposed method was evaluated experimentally using three fabricated RC specimens. Velcro was wrapped around the columns of the RC-frame specimen to prevent concrete spall falling. The reinforcing performance of the Velcro was determined from comparison of results on seismic performance (i.e., strength, displacement, failure mode, displacement ductility capacity and amount of dissipated energy). As the displacement of the reinforced specimens was increased, the amount of dissipated energy increased drastically, and the displacement-ductility-capacity of the reinforced specimens also increased. The final failure mode of RC frame structure was changed. As a result, it was concluded that the proposed seismic strengthening method using Velcro could be used to increase the displacement ductility of RC columns, and could be used to change the final failure mode of RC-frame structures.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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제10권4호
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pp.461-478
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2016
This paper aims to provide guidelines for the numerical modeling of reinforced concrete (RC) frame elements in order to assess the seismic performance of structures. Several types of numerical models RC frame elements are available in nonlinear structural analysis packages. Since these numerical models are formulated based on different assumption and theories, the models accuracy, computing time, and applicability vary, which poses a great difficulty to practicing engineering and limits their confidence in the analysis resultants. In this study, the applicability of four representative numerical models of RC frame elements is evaluated through comparison with experimental results of four-storey bare frame available from European Laboratory for Structural Assessment. The accuracy of a numerical model is evaluated according to the top displacement, interstorey drift, Maximum storey shear, damage pattern and energy dissipation capacity of the frame structure. The results obtained allow a better understanding of the characteristics and potentialities of all procedures, helping the user to choose the best approach to perform nonlinear analysis.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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제10권2호
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pp.237-247
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2016
Progressive collapse resistance of RC buildings can be analyzed by considering column loss scenarios. Using finite element analysis and a static test, the progressive collapse process of a RC frame under monotonic vertical displacement of a side column was investigated, simulating a column removal scenario. A single-story 1/3 scale RC frame that comprises two spans and two bays was tested and computed, and downward displacement of a side column was placed until failure. Our study offers insight into the failure modes and progressive collapse behavior of a RC frame. It has been noted that the damage of structural members (beams and slabs) occurs only in the bay where the removal side column is located. Greater catenary action and tensile membrane action are mobilized in the frame beams and slabs, respectively, at large deformations, but they mainly happen in the direction where the frame beams and slabs are laterally restrained. Based on the experimental and computational results, the mechanism of progressive collapse resistance of RC frames at different stages was discussed further. With large deformations, a simplified calculation method for catenary action and tensile membrane action is proposed.
This study introduces a new load increment method for the ductile reinforced concrete (RC) frame structures by including strain-hardening effects. The proposed method is a nonlinear static analysis technique employed for RC frame structures subjected to constant gravity loads and monotonically increasing lateral loads. The material nonlinearity in RC structural elements is considered by adopting plastic hinge concept which is extended by including the strain hardening as well as interaction between bending moment and axial force. Geometric non-linearity, known as second order effect, is implemented to the method as well.
Many existing reinforced concrete (RC) structures need to be strengthening for reason such as poor construction quality, low ductility or designing without considering seismic effects. One of the strengthening methods is strengthening technique with eccentrically braced frames (EBFs). The characteristic element of these systems is the link element and its length is very important in terms of seismic behavior. The link element of Y shaped EBF systems (YEBFs) is designed as a short shear element. Different limits are suggested in the literature for the link length. This study to aim experimentally investigate the effect of the link length for the suggested limits on the behavior of the RC frame system and efficiency of strengthening technique. For this purpose, a total of 5 single story, single span RC frame specimens were produced. The design of the RC frames was made considering seismic design deficiencies. Four of the produced specimens were strengthened and one of them remained as bare specimen. The steel YEBFs were used in strengthening the RC frame and the link was designed as a shear element that have different length with respect to suggested limits in literature. The length of links was determined as 50mm, 100mm, 150mm and 200mm. All of the specimens were tested under cyclic loads. The obtained results show that the strengthening technique improved the energy consumption and lateral load bearing capacities of the bare RC specimen. Moreover, it is concluded that the specimens YB-2 and YB-3 showed better performance than the other specimens, especially in energy consumption and ductility.
In this study, the performance evaluation of the RC frame specimen (RV2) which was strengthened by a steel frame and a steel damper with the lateral deformation prevention details proceeded. The comparison objects are bare frame specimen (BF), RV2 and AWD, where AWD is a specimen reinforced with steel damper and aramid fiber sheets. In the evaluation of envelope curve, stiffness degradation, and energy dissipation capacity, RV2 was evaluated to have excellent capacity as a whole. To evaluate the strengthening effect of the steel frame based on the maximum strength and energy dissipation capacity, it was evaluated to have a 38% of the RV2's capacity.
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