To explore the effect of Engineered Cementitious Composite (ECC) on improving the progressive collapse resistance of reinforced concrete frames under a middle column removal scenario, six beam-column substructures were tested by quasistatic vertical loading. Among the six specimens, four were ECC-concrete composite specimens consisting of different depth of ECC at the bottom or top of the beam and concrete in the rest of the beam, while the other two are ordinary reinforced concrete specimens with different concrete strength grades for comparison. The experimental results demonstrated that ECC-concrete composite specimens can improve the bearing capacity of a beam-column substructure at the stages of compressive arch action (CAA) and catenary action in comparison with ordinary concrete specimen. Under the same depth of ECC, the progressive collapse resistance of a specimen with ECC at the beam bottom was superior to that at the beam top. With the increase of the proportion of ECC arranged at the beam bottom, the bearing capacity of a composite substructure was increased, but the increase rate slows down with the proportion. Meanwhile, the nonlinear numerical analysis software MSC Marc was used to simulate the whole loading process of the six specimens. Theoretical formulas to calculate the capacities of ECC-concrete composite specimens at the stages of flexural action, CAA and catenary action are proposed. Based on the research results, this study suggests that ECC should be laid out at the beam bottom and the layout depth should be within 25% of the total beam depth.
In this study a new innovative method of earthquake-resistant strengthening of reinforced concrete structures is presented for the first time. Strengthening according to this new method consists of the construction of steel fiber ultra-high-strength concrete jackets without conventional reinforcement which is usually applied in the construction of conventional reinforced concrete jackets. An innovative solution is proposed also for the first time that ensures a satisfactory seismic performance of existing reinforced concrete structures, strengthened by using composite materials. The weak point of the use of such materials in repairing and strengthening of old R/C structures is the area of beam-column joints. According to the proposed solution, the joints can be strengthened with a steel fiber ultra-high-strength concrete jacket, while strengthening of columns can be achieved by using CFRPs. The experimental results showed that the performance of the subassemblage strengthened with the proposed mixed solution was much better than that of the subassemblage retrofitted completely with CFRPs.
Depending on the damage type as well as the level of damage observed after the earthquake, certain measures should be taken for the damaged buildings. In this study, structural repairing of two different types of damaged RC beam-column assembly by carbon fiber-reinforced polymer sheets is investigated in detail as a member repairing technique. Two types of 1:1 scale test specimens, which represent the exterior RC beam-column connection taken from inflection points of the frame, are utilized. The first specimen is designed according to the current Turkish Earthquake Code, whereas the second one represents a deficient RC beam-column assembly. Both of the specimens were subjected to cyclic quasistatic loading in the laboratory and different levels of structural damage were observed. The first specimen displayed a ductile response with the damage concentrated in the beam. However, in the second specimen, the beam-column joint was severely damaged while the rest of the members did not attain their capacities. Depending on the damage type of the specimens, the damaged members were repaired by CFRP wrapping with different configurations. After testing the repaired specimens, it is found that former capacities of the damaged members were mostly recovered by the application of CFRPs on the damaged members.
Kim, Min;Lee, Ki-Hak;Lee, Jae-Hong;Woo, Sung-Woo;Lee, Jung-Weon
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.18
no.6
s.96
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pp.729-736
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2006
It has been shown that many Reinforced Concrete(RC) structures designed without seismic details have experienced brittle shear failures in the beam-column joint area and resulted in large permanent deformations and structural collapse. In this study, experimental investigations into the performance of exterior reinforced concrete beam-column joints strengthened with the carbon fiber-reinforced polymer(CFRP) under cyclic loading were presented. The CFRP has been applied by choosing different combinations and locations to determine the effective way to improve structural performances of joints. Eight beam-column joints were tested to investigate behaviors of each specimen under cyclic load and to compare performances of seismic retrofit. According to the experimental study, the retrofit strengthened with the CFRP provides significant improvements of flexural capacity and ductility of beam-column joints originally built without seismic details.
Exterior beam-column joints are structural elements that ensure connection between beams and columns. The joint strength is generally assumed to be governed by the structural element of lowest load capacity (beam or column), however, the joint may be the weakest link. The joint shear behavior is still not well understood due to the influence of several variables, such as geometry of the connection, stress level in the column, concrete strength and longitudinal beam reinforcement. A parametrical study based only on experiments would be impracticable and not necessarily exposes the failure mechanisms. This paper reports on a set of numerical simulations conducted in DIANA$^{(R)}$ software for the investigation of the shear strength of exterior joints. The geometry of the joints and stress level on the column are the variables evaluated. Results have led to empirical expressions that provide the shear strength of unreinforced exterior beam-column joints.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1999.10a
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pp.501-504
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1999
Recently, composite structural systems have been developed actively due to its structural advantages of combining different materials. The objective of this paper is to investigate the structural behavior of moment connection in composite structures which consist of steel beams and reinforced concrete columns. In this study, three 1/2 scale joint specimens were tested under reversal loads. The results showed that beam-column joints maintain ductility, strength and exhibit excellent energy-dissipating capacity when subjected to inelastic deformations under reversal load.
This paper presents an experimental study to assess the effectiveness of using ferrocement to strengthen deficient beam-column joints. Ferrocement is proposed to protect the joint region through replacing concrete cover. Six exterior beam-column joints, including two control specimens and four strengthened specimens, are prepared and tested under constant axial load and quasi-static cyclic loading. Two levels of axial load on column (0.2fc'Ag and 0.4fc'Ag) and two types of skeletal reinforcements in ferrocement (grid reinforcements and diagonal reinforcements) are considered as test variables. Experimental results have indicated that ferrocement as a composite material can enhance the seismic performance of deficient beam-column joints in terms of peak horizontal load, energy dissipation, stiffness and joint shear strength. Shear distortions within the joints are significantly reduced for the strengthened specimens. High axial load (0.4fc'Ag) has a detrimental effect on peak horizontal load for both control and ferrocement-strengthened specimens. Specimens strengthened by ferrocement with two types of skeletal reinforcements perform similarly. Finally, a method is proposed to predict shear strength of beam-column joints strengthened by ferrocement.
Girgin, Sadik Can;Misir, Ibrahim Serkan;Kahraman, Serap
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.11
no.2
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pp.229-245
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2017
Post-earthquake observations revealed that seismic performance of beam-column connections in precast concrete structures affect the overall response extensively. Seismic design of precast reinforced concrete structures requires improved beam-column connections to transfer reversed load effects between structural elements. In Turkey, hybrid beam-column connections with welded components have been applied extensively in precast concrete industry for decades. Beam bottom longitudinal rebars are welded to beam end plates while top longitudinal rebars are placed to designated gaps in joint panels before casting of topping concrete in this type of connections. The paper presents the major findings of an experimental test programme including one monolithic and five precast hybrid half scale specimens representing interior beam-column connections of a moment frame of high ductility level. The required welding area between beam bottom longitudinal rebars and beam-end plates were calculated based on welding coefficients considered as a test parameter. It is observed that the maximum strain developed in the beam bottom flexural reinforcement plays an important role in the overall behavior of the connections. Two additional specimens which include unbonded lengths on the longitudinal rebars to reduce that strain demands were also tested. Strength, stiffness and energy dissipation characteristics of test specimens were investigated with respect to test variables. Seismic performances of test specimens were evaluated by obtaining damage indices.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2006.05a
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pp.106-109
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2006
It has been shown that many reinforced concrete(RC) structures designed without seismic details have experienced brittle shear failures in the beam-column joint area and may result in large permanent deformations and structural collapse. In this study, experimental investigations for RC beam-column joints strengthened with the carbon fiber-reinforced polymer(CFRP) under cyclic loadings were presented. The use of CFRP in the joint was varied to determine the effective way of improving the structural performances of RC joints. Ten RC beam-column joints were designed and tested with cyclic loadings. The experimental results showed that the use of CFRP in RC joints would be very effective solutions to improve the seismic performances of the non-seismic RC joints. All of the non-seismic design specimens strengthened with CFRP sheets showed the significant increase of strength and ductility.
Choi, Yun-Chul;Moon, Ji-Ho;Lee, Eun-Jin;Park, Keum-Sung;Lee, Kang Seok
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.11
no.2
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pp.185-197
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2017
In this study, we propose a new equation that evaluates the shear strength of beam-column connections in reinforced concrete and steel beam (RCS) composite materials. This equation encompasses the effect of shear keys, extended face bearing plates (E-FBP), and transverse beams on connection shear strength, as well as the contribution of cover plates. Mobilization coefficients for beam-column connections in the RCS composite system are suggested. The proposed model, validated by statistical analysis, provided the strongest correlation with test results for connections containing both E-FBP and transverse beams. Additionally, our results indicated that Architectural Institute of Japan (AIJ) and Modified AIJ (M-AIJ) equations should be used carefully to evaluate the shear strength for connections that do not have E-FBP or transverse beams.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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