In the case of seismic-resistant composite dual moment resisting and eccentrically braced frames, the current design practice is to avoid the disposition of shear connectors in the expected plastic zones, and consequently to consider a symmetric moment or shear plastic hinges, which occur only in the steel beam or link. Even without connectors, the real behaviour of the hinge may be different from the symmetric assumption, since the reinforced concrete slab is connected to the steel element close to the hinge locations, and also due to contact friction between the concrete slab and the steel element. The paper presents the results and conclusions of experimental tests on composite portal eccentrically braced frames and beam-to-column moment-resisting joints, carried out within the CEMSIG Research Centre of the Politehnica University of Timisoara, in order to check the validity of the assumption stated above. Reference steel and composite specimens with and without connectors in the plastic zones have been tested under monotonic and cyclic seismic type loading.
Duck-Young Jang;Jae-Won Jeong;Kang-Seok Lee;Seung-Hun Kim
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.27
no.6
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pp.94-101
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2023
In this study, the development performance of the head bars, which is SD700, was experimentally evaluated at the RC (reinforced concrete) or SFRC (steel fiber reinforced concrete external beam-column joint. A total of 10 specimens were tested, and variables such as steel fibers, length of settlement, effective depth of the beam, and stirrups of the column were planned. As a result of the experiment, the specimens showed side-face blowout, concrete breakout, and shear failure depending on the experimental variables. In the RC series experiments with development length as a variable, it was confirmed that the development strength increased by 26.5~42.2% as the development length increased by 25-80%, which was not proportional to the development length. JD-based experiments with twice the effective depth of beams showed concrete breakout failure, reducing the maximum strength by 31.5% to 62% compared to the reference experiment. The S-series experiment, in which the spacing of the shear reinforcement around the enlarged head reinforcement was 1/2 times that of the reference experiment, increased the maximum strength by 8.4 to 9.7%. The concrete compressive strength of SFRC was evaluated to be 29.3% smaller than the concrete compressive strength of RC, but the development strength of SFRC specimens increased by 7.3% to 12.2%. Accordingly it was confirmed that the development performance of the head bar was greatly improved by reinforcing the steel fiber. Considering the results of 92% and 99% of the experimental maximum strength of the experiment arranged with 92% and 110% of the KDS-based settlement length, it is judged that the safety rate needs to be considered even more. In addition, it is required to present a design formula that considers the effective depth of the beam compared to the development length.
Ju, Young Kyu;Kim, Ji Young;Kim, Myeong Han;Jung, Kwang Ryang;Kim, Sang Dae
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.14
no.1
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pp.51-58
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2002
To reduce the story height for high-rise buildings, the TEC Beam is developed as a new composite beam composed of structural tee, precast concrete, stirrup, and site-in-cast reinforced concrete slab. The preliminary test of the proposed system was performed for simple beams and it showed a good behavior. However, for the field application of the system, it is required to develope a steel moment resisting connection using steel brackets on which upper rebars of the TEC BEAM are anchored. In this paper, three types of the proposed system are experimentally investigated. The parameters of the test are as follows: (1) the spacing of transverse bars, (2) the ratio of width of rebar's layer to bracket length. Specimens were classified as semi-rigid full strength by the Eurocode 4. It could be concluded that the proposed moment resisting system shows a good structural behavior and may be applicable in the filed.
This paper simulates the hysteretic behavior of steel reinforced recycled concrete (SRRC) columns under cyclic loads using OpenSees software. The effective fiber model and displacement-based beam-column element in OpenSees is applied to each SRRC columns. The Concrete01 material model for recycled aggregate concrete (RAC) and Steel02 material model is proposed to perform the numerical simulation of columns. The constitutive models of RAC, profile steel and rebars in columns were assigned to each fiber element. Based on the modelling method, the analytical models of SRRC columns are established. It shows that the calculated hysteresis loops of most SRRC columns agree well with the test curves. In addition, the parameter studies (i.e., strength grade of RAC, stirrups strength, steel strength and steel ratio) on seismic performance of SRRC columns were also investigated in detail by OpenSees. The calculation results of parameter analysis show that SRRC columns suffered from flexural failure has good seismic performance through the reasonable design. The ductility and bearing capacity of columns increases as the increasing magnitude of steel strength, steel ratio and stirrups strength. Although the bearing capacity of columns increases as the strength grade of RAC increases, the ductility and energy dissipation capacity decreases gradually. Based on the test and numerical results, the flexural failure mechanism of SRRC columns were analysed in detail. The computing theories of the normal section of bearing capacity for the eccentrically loaded columns were adopted to calculate the nominal bending strength of SRRC columns subjected to vertical axial force under lateral cyclic loads. The calculation formulas of horizontal bearing capacity for SRRC columns were proposed based on their nominal bending strength.
In order to get a better understanding of seismic performance of exterior beam-column joint, reciprocating loading tests with variable loading speeds or axial forces were carried out. The main findings indicate that only few cracks exist on the surface of the joint core area, while the plastic hinge region at the beam end is seriously damaged. The damage of the specimen is more serious with the increase of the upper limit of variable axial force. The deflection ductility coefficient of specimen decreases to various degrees after the upper limit of variable axial force increases. In addition, the higher the loading speed is, the lower the deflection ductility coefficient of the specimen is. The stiffness of the specimen decreases as the upper limit of variable axial force or the loading speed increase. Compared to the influence of variable axial force, the influence of the loading speed on the stiffness degradation of the specimen is more obvious. The cumulative energy dissipation and the equivalent viscous damping coefficient of specimen decrease with the increase of loading speed. The influence of variable axial force on the energy dissipation of specimen varies under different loading speeds. Based on the truss model, the biaxial stress criterion, the Rankine criterion, the Kent-Scott-Park model, the equivalent theorem of shearing stress, the softened strut-and-tie model, the controlled slip theory and the proposed equations, a calculation method for the shear capacity is proposed with satisfactory prediction results.
The impacts of waste tire rubber (WTR) on the bending conduct of reinforced concrete beams (RCBs) are investigated in visualization of experimental tests and 3D finite element model (FEM) using both ANSYS and SAP2000. Several WTR rates are used in total 4 various full scale RCBs to observe the impact of WTR rate on the rupture and bending conduct of RCBs. For this purpose, the volumetric ratios (Vf) of WTR were chosen to change to 0%, 2.5%, 5% and 7.5% in the whole concrete. In relation to experimental test consequences, bending and rupture behaviors of the RCBs are observed. The best performance among the beams was observed in the beams with 2.5% WTR. Furthermore, as stated by test consequences, it is noticed that while WTR rate in the RCBs is improved, max. bending in the RCBs rises. For test consequences, it is clearly recognized as WTR rate in the RCB mixture is improved from 0% to 2.5%, deformation value in the RCB remarkably rises from 3.89 cm to 7.69 cm. This consequence is markedly recognized that WTR rates have a favorable result on deformation values in the RCBs. Furthermore, experimental tests are compared to 3D FEM consequences via using ANSYS software. In the ANSYS, special element types are formed and nonlinear multilinear misses plasticity material model and bilinear misses plasticity material model are chosen for concrete and compression and tension elements. As a consequence, it is noticed that each WTR rates in the RCBs mixture have dissimilar bending and rupture impacts on the RCBs. Then, to observe the impacts of WTR rate on the constructions under near-fault ground motions, a reinforced-concrete building was modelled via using SAP2000 software using 3-D model of the construction to complete nonlinear static analysis. Beam, column, steel haunch elements are modeled as nonlinear frame elements. Consequently, the seismic impacts of WTR rate on the lateral motions of each floor are obviously investigated particularly. Considering reduction in weight of structure and capacity of the members with using waste tire rubber, 2.5% of WTR resulted in the best performance while the construction is subjected to near fault earthquakes. Moreover, it is noticeably recognized that WTR rate has opposing influences on the seismic displacement behavior of the RC constructions.
Du, Yong;Xiong, Ming-Xiang;Zhu, Jian;Liew, J.Y. Richard
Steel and Composite Structures
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v.33
no.6
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pp.849-864
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2019
One way to achieve sustainable construction is to reduce concrete consumption by use of more sustainable and higher strength concrete. Modern building codes do not cover the use of ultra-high strength concrete (UHSC) in the design of composite structures. Against such background, this paper investigates experimentally the mechanical properties of steel fibre-reinforced UHSC and then the structural behaviors of UHSC encased steel (CES) members under both concentric and eccentric compressions as well as pure bending. The effects of steel-fibre dosage and spacing of stirrups were studied, and the applicability of Eurocode 4 design approach was checked. The test results revealed that the strength of steel stirrups could not be fully utilized to provide confinement to the UHSC. The bond strength between UHSC and steel section was improved by adding the steel fibres into the UHSC. Reducing the spacing of stirrups or increasing the dosage of steel fibres was beneficial to prevent premature spalling of the concrete cover thus mobilize the steel section strength to achieve higher compressive capacity. Closer spacing of stirrups and adding 0.5% steel fibres in UHSC enhanced the post-peak ductility of CES columns. It is concluded that the code-specified reduction factors applied to the concrete strength and moment resistance can account for the loss of load capacity due to the premature spalling of concrete cover and partial yielding of the encased steel section.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.28
no.2
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pp.85-92
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2024
This study presents code-compliant seismic details by addressing dry mechanical splices for precast concrete (PC) beam-column connections in the ACI 318-19 code. To this end, critical observations of previous test results on precast beam-column connection specimens with the proposed seismic detail are briefly reported in this study, along with a typical reinforced concrete (RC) monolithic connection. On this basis, nonlinear dynamic models were developed to verify seismic responses of the PC emulative moment-resisting frame systems. As the current design code allows only the emulative design approach, this study aims at identifying the seismic performances of PC moment frame systems depending on their emulative levels, for which two extreme cases were intentionally chosen as the non-emulative (unbonded self-centering with marginal energy dissipation) and fully-emulative connection details. Their corresponding hysteresis models were set by using commercial finite element analysis software. According to the current seismic design provisions, a typical five-story building was designed as a target PC building. Subsequently, nonlinear dynamic time history analyses were performed with seven ground motions to investigate the impact of emulation level or hysteresis models (i.e., energy dissipation performance) on system responses between the emulative and non-emulative PC moment frames. The analytical results showed that both the base shear and story drift ratio were substantially reduced in the emulative system compared to that of the non-emulative one, and it indicates the importance of the code-compliant (i.e., emulative) connection details on the seismic performance of the precast building.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2004.04a
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pp.447-453
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2004
Various structural materials have been used in construction projects using stones, connotes, and steels materials. Among of these projects, concretes may use widely because concretes have high compressive strength, and comparatively easy maintenance and management. Reinforced concrete Buildings will be deteriorated as time passed. These problems will be accelerated by propagation of cracks. In order to manage such cracks, time, efforts and expense are required. In this study, leakages of fluorescence and adhesive material were investigated using glass sensors that were embedded in a model beam and column. In addition, currents in glass pipe sensor were observed to find leakage of liquid in glass pipes. Progressive cracks were generated by fracture of glass me sensor. In this investigation, a reinforcement clothing system was wrapped for a glass pipe sensor, The glass pipe sensor that can make control and reinforce cracks simultaneously.
Syrmakezis, C.A.;Mavrouli, O.A.;Antonopoulos, A.K.
Smart Structures and Systems
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v.2
no.4
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pp.305-312
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2006
In the case of hospital buildings, where seismic design requirements are very high, existing structuresand especially those attacked by past earthquakes, appear, often, unable to fulfil the necessary safety prerequisites. In this paper, the retrofitting of hospital buildings is investigated, using alternative methods of repair and strengthening. Analysis of an existing hospital building in Patras, Greece, is performed. The load-bearing system is a reinforced concrete system. Two solutions are proposed: strengthening using concrete jackets around column and beam elements and application of viscoelastic dampers for the increase of the stability of the structure. Adequate finite element models are constructed for each case and conclusions are drawn on the efficiency of each rehabilitation method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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