Lima, Carmine;Martinelli, Enzo;Macorini, Lorenzo;Izzuddin, Bassam A.
Earthquakes and Structures
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v.12
no.1
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pp.119-133
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2017
Several theoretical and analytical formulations for the prediction of shear strength in reinforced concrete (RC) beam-to-column joints have been recently developed. Some of these predictive models are included in the most recent seismic codes and currently used in practical design. On the other hand, the influence of the stiffness and strength degradations in RC joints on the seismic performance of RC framed buildings has been only marginally studied, and it is generally neglected in practice-oriented seismic analysis. To investigate such influence, this paper proposes a numerical description for representing the cyclic response of RC exterior joints. This is then used in nonlinear numerical simulations of RC frames subjected to earthquake loading. According to the proposed strategy, RC joints are modelled using nonlinear rotational spring elements with strength and stiffness degradations and limited ductility under cyclic loading. The proposed joint model has been firstly calibrated against the results from experimental tests on 12 RC exterior joints. Subsequently, nonlinear static and dynamic analyses have been carried out on two-, three- and four-storey RC frames, which represent realistic existing structures designed according to old standards. The numerical results confirm that the global seismic response of the analysed RC frames is strongly affected by the hysteretic damage in the beam-to-column joints, which determines the failure mode of the frames. This highlights that neglecting the effects of joints damage may potentially lead to non-conservative seismic assessment of existing RC framed structures.
The nailed joints in wood construction are commonly designed to resist and carry the lateral load but also subject to withdrawal force like uplift load due to the wind. This research was conducted to evaluate the performance of nailed joint composed of dimension lumber and sheathing materials through the nail withdrawal and unsymmetric double shear joint test, and then compared to current design values. The withdrawal strength was greatly dependant on wood specific gravity, and the withdrawal strength of I-joist with OSB showed higher value in spite of low specific gravity. The maximum withdrawal loads were greater than that of derived current design values about 5 times. The lateral resistance of Japanese larch/OSB nailed joints was higher than that of SPF/OSB nailed joint, and derived allowable lateral strength of nailed joints in this study exceeded the current design values. The failure mode of nailed joints was primarily due to the nail bending and this tendency was notable in SPF/OSB nailed joint.
Experiments on steel-concrete interface are performed to investigate and determine the mechanical roles and properties of interface parameters. The intrinsic different nature of bonded and unbonded interfaces are addressed based on the experimental observations that were obtained from two types of tests considering bonded and unbonded interfaces. The unbonded tests are performed for the specimens that are in unbonded when the initially bonded specimens are tested first. Four cases of lateral confinements including pure slip, and low and medium levels of lateral pressure are taken into account to investigate the effects of lateral confinements on interface behavior. It is shown that the maximum shear strengths, the levels of residual strengths and the Mode II fracture energy release rates are linearly related to the confinement levels. Based on the experimental evidences obtained from this study, the values of interface parameters required in a steel-concrete interface constitutive model will be presented in the companion paper.
A constitutive model unifying plasticity and crack damage mode)s was developed to address the cyclic behavior of reinforced concrete planar members. The stress of concrete in tension-compression was conceptually defined by the sum of the compressive stress developed by the strut-action of concrete and the tensile stresses developed by tensile cracking. The plasticity model with multiple failure criteria was used to describe the isotropic damage of compressive crushing affected by the anisotropic damage of tensile cracking. The concepts of the multiple fixed crack damage model and the plastic flow model of tensile cracking were used to describe the tensile stress-strain relationship of multi-directional cracks. This unified model can describe the behavioral characteristics of reinforced concrete in cyclic tension-compression conditions, i.e. multiple tensile crack orientations, progressively rotating crack damage, and compressive crushing of concrete. The proposed constitutive model was implemented to finite element analysis, and it was verified by comparison with existing experimental results from reinforced concrete shear panels and walls under cyclic load conditions.
In this study, the tests were carried out for the behavior according to method of constrained nail head of slope reinforced with soil nail under dynamic loading, by using shaking table. Shaking table tests were carried out by applying Hachinohe seismic wave having the long-period characteristics and Ofunato seismic wave having short-period characteristics, as changing constrained and unconstrained condition of nail head, and so on. Failure mode, ground acceleration characteristics, vertical displacement and horizontal displacement of slope were compared and analyzed on the basis of results obtained from the test. Results of carrying out shaking table test showed that both short-period wave and long-period wave had large effects on slope, and constraint of nail head was found to have large shear resistance for dynamic load. And it was confirmed that stability of slope under seismic loading was largely improved by constrained head of soil nail.
In this research, experimental and numerical simulations were adopted to investigate the effects of ligament angle on compressive strength and failure mode of rock-like material specimens containing two non-coplanar filled fissures under uniaxial compression. The experimental results show that with the increase of ligament angle, the compressive strength decreases to a nadir at the ligament angle of $60^{\circ}$, before increasing to the maximum at the ligament angle of $120^{\circ}$, while the elastic modulus is not obviously related to the ligament angle. The shear coalescence type easily occurred when ${\alpha}$ < ${\beta}$, although having the same degree difference between the angle of ligament and fissure. Numerical simulations using $PFC^{2D}$ were performed for flawed specimens under uniaxial compression, and the results are in good consistency with the experimental results. By analyzing the crack evolution process and parallel bond force field of rock-like material specimen containing two non-coplanar filled fissures, we can conclude that the coalescence and propagation of crack are mainly derived from parallel bond force, and the crack initiation and propagation also affect the distribution of parallel bond force. Finally, the displacement vectors in ligament region were used to identify the type of coalescence, and the results coincided with that obtained by analyzing parallel bond force field. These experimental and numerical results are expected to improve the understanding of the mechanism of flawed rock engineering structures.
Kim, Seong-Hwan;Kim, Dong-Ho;Kim, Hyun-Oh;Lee, Bong-Hak
Journal of Industrial Technology
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v.23
no.A
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pp.149-156
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2003
The development and maintenance of a sound bond are essential requirements of concrete repair and replacement. The bond property of a overlay to its substrate concrete during the lifetime is one of the most important performance requirements which should be quantified. A standard or a verified bond strength measurement method is required at field for screening, selecting materials and quality control for overlay or repair materials, but no test method has been adopted as a standard. In this study, a concrete pull off bond strength measurement method for field application is proposed and evaluated. This study compares the splitting tensile test, slant shear test, nipple pipe direct tensile test, flexural adhesion test, briquette tensile test, jumbo nail pull-out test and core pull-off test with their test procedures. From these comparison and investigation, core pull-off test is selected as a main topic of this study because of it's suitability for in situ testing, simplicities in field application and clearness at interface boundary condition. Thus, the proposed core pull off test is evaluated to be the most appropriate method for field application in a simple manner. The fracture surface and fracture mode could be easily determined by visual observation of failure surface of the field specimen. The core pull off test was found to be sensitive to surface condition and latex contents at latex modified concrete.
Wing and secondary cracks are unique types of cracks observed in rock masses subjected to uniaxial and biaxial compressive loading conditions. In this study, morphological features of wing and secondary cracks developed in gypsum specimens are investigated in the macro and micro scales. Along the path of wing crack, microtensile cracks are observed. Microtensile cracks coalesce with pores and show branch phenomenon. From the onset of the wing crack, multiple initiations of microtensile cracks are observed. Microtensile cracks show tortuous propagation paths and relatively constant aperture of the cracks during the propagation. It is shown that microtensile cracks propagate by splitting failure. At the micro scale, microfsults are observed in the path of the secondary cracks. Along the path of the secondary cracks, separation of grains and conglomerate grains, oblique microfaults, and irregular aperture of microfault are observed. These features show that the secondary cracks are produced in shear mode. The measured sizes of fracture process zone across the propagation direction near the tip of wing and secondary cracks range from 10$\mu{m}$ to 20$\mu{m}$ far wing cracks and from 100$\mu{m}$ to 200$\mu{m}$ for secondary cracks, respectively.
Model tests were performed to investigate the mechanism of lateral earth pressure on a buried pipe, which was installed in a plastic flowing soil mass undergoing lateral movement. On the basis of failure mode tests, the equation of lateral earth pressure to apply Maxwell's visco-elastic model was proposed to consider the soil deformation velocity. Through a series of model tests of differential soil deformation velocity, lateral earth pressure of theoretical equation was compared with experimental results. When lateral soil movement was raised, the lateral earth pressure acting on buried pipe increases linearly with the soil deformation velocity. It shows that the lateral earth pressure on buried pipe is largely affected by soil deformation velocity. When plastic soil movement was raised, lateral earth pressure predicted by theoretical equation showed good agreement with experimental results. Also, coefficient of viscosity by theoretical equation had a good agreement with direct shear test results.
Coal samples with different joints morphology were subjected to uniaxial compression experiments, cracks evolution was recorded by Nikon D5300 and acoustic emission (AE) energy signals were collected by AEwin Test for Express-8.0. During loading process, coal samples deformed elastically with no obvious cracks changes, then they expanded gradually along the trace of the original cracks, accompanied by the formation of secondary cracks, and eventually produced a large-scale fracture. It was more interesting that the failure mode of samples were all shear shape, whatever the original cracks morphology was. With cracks and damage evolution, AE energy radiated regularly. At the early loading stage, micro damage and small scale fracture events only induced a few AE events with less energy, while large scale fracture leaded to a number of AE events with more energy at the later stage. Based on the multifractal theory, the multifractal spectrum could explain AE energy signals frequency responses and the causes of AE events with load. Multifractal spectrum width (${\Delta}{\alpha}$), could reflect the differences between the large and small AE energy signals. And another parameter (${\Delta}f$) could reflect the relationship between the frequency of the least and greatest signals in the AE energy time series. This research is helpful for us to understand cracks evolution and AE energy signals causes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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