An experimental study was performed to investigate the seismic performance of solid steel reinforced concrete (SRC) frames with special-shaped columns that are composed of SRC special-shaped columns and reinforced concrete beams. For this purpose, two models of two-bay and three-story frame, including an edge frame and a middle frame, were designed and tested. The failure process and patterns were observed. The mechanical behaviors such as load-displacement hysteretic loops and skeleton curves, load bearing capacity, drift ratio, ductility, energy dissipation and stiffness degradation of test specimens were analyzed. Test results show that the failure mechanism of solid SRC frame with special-shaped columns is the beam-hinged mechanism, satisfying the seismic design principle of "strong column and weak beam". The hysteretic loops are plump, the ductility is good and the capacity of energy dissipation is strong, indicating that the solid SRC frame with special-shaped columns has excellent seismic performance, which is better than that of the lattice SRC frame with special-shaped columns. The ultimate elastic-plastic drift ratio is larger than the limit value specified by seismic code, showing the high capacity of collapse resistance. Compared with the edge frame, the middle frame has higher carrying capacity and stronger energy dissipation, but the ductility and speed of stiffness degradation are similar. All these can be helpful to the designation of solid SRC frame with special-shaped columns.
Chen, Changhong;Gong, He;Yao, Yao;Huang, Ying;Keer, Leon M.
Computers and Concrete
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v.21
no.3
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pp.335-344
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2018
More and more special-shaped structural systems have been widely used in various industrial and civil buildings in order to satisfy the new structural system and the increasing demand for architectural beauty. With the popularity of the special-shaped structure system, its seismic performance and damage form have also attracted extensive attention. In the current research, an experimental analysis of six groups of (2/3 scale) T-shaped column joints was conducted to investigate the seismic performance of T-shaped column joints. Effects of the beam cross section, transverse stirrup ratio and axial compression ratio on bearing capacity and energy dissipation capacity of column joints were obtained. The crack pattern of T-shaped column joints under low cyclic load was presented and showed a reversed "K" mode. According to the crack configurations, a tensile-shear failure model to determine the shear bearing capacity and crack propagation mechanisms is developed.
The composite action in truss beam is generally achieved by providing shear connectors between the steel top chord of the truss and the concrete slab. The composite sections have greater stiffness than the sum of the individual stinesses of the slab and truss. Therefore, steel trusses that act compositely with concrete slabs can carry larger load and are stiffer and less prone to transient vibration. The crack pattern and deflection of the beam of the composte truss were investigated by using of 600MPa class steel in this study. The test results were compared with the results for the noncomposite trusses. Test results were also compared with the results of composite trusses by using of 400MPa class steel. It was ascertained that the case of high strength steel is more efficient compared with the case of SS400 steel for T-shaped steel.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2004.11a
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pp.695-698
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2004
Recently, the usage of polymer concrete mortar gathering an interest as a new construction material rapidly increases inside and outside of the country because it is an environment-friendly and endurable material. However, up to these days, the researches about the polymer composite have not been satisfactorily conducted. The polymer concrete is superior to the general cement materials in the properties of strength and durability while it is inferior in elastic modulus. Because that the members using the polymer concrete have therefore higher strength and ductility than the members of general cement concrete, an analysis equation of high-strength cement concrete can be referenced but it is not applied for the researches about the polymer concrete members. In this study, the flexural properties of T-shaped beam of the steel- and GFRP-reinforced polymer concrete are analyzed to examine the suggested analysis equation. Results of this experimental researches are to be used as the basic data in a structural design of the polymer concrete.
Huang, Dunwen;Wei, Jun;Liu, Xiaochun;Zhang, Shizhuo;Chen, Tao
Steel and Composite Structures
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v.28
no.1
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pp.39-49
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2018
The concrete bridge decks are usually precast and in-situ assembled with steel girders with post-pouring joint in the construction practice of super-wide steel-concrete composite beam. But the difference of concrete age between the precast slabs and the post-pouring joint has been not yet considered for the long-term performance analysis of this kind composite beam. A simply supported precast-assembled T-shaped beam was taken as an example to analyze the long-term performance of steel-concrete composite beam with post-pouring joint. Based on the deformation coordination conditions of the old-new concrete deck and steel girder, a theoretical model for the long-term behavior of precast-assembled composite beam is proposed in this paper according to age-adjusted effective modulus method. Then, the feasibility of the proposed model is verified by the available test data from the Gilbert's composite beams. Parametric studies were preformed to evaluate the influences of the cross-sectional area ratio of the post-pouring joint to the whole bridge deck, as well as the difference of concrete age between the precast slabs and the post-pouring joint, on the long-term performance of the composite beam. The results indicate that the traditional method without considering the age difference would seriously underestimate the effect of creep and shrinkage of concrete bridge decks. The concrete age difference between the precast slabs and the post-pouring joint should be demonstrated for the life cycle design and long-term performance analysis of precast-assembled steel-concrete composite beams.
Concrete filled tubular columns are widely used because the mutual reaction between the concrete and the tube improves strength and ductility of the columns. In an attempt to secure efficient use of members, built-up square columns featuring large width-thickness ratio and the use of thin steel plates are suggested in this study. In order to evaluate the structural characteristics and seismic performance of the column-to-beam connections of the new shape columns, cyclic load test of T-shaped column-to-beam connections was conducted with variables of diaphragms and concrete-filling. Moment-rotational angle relationship, dissipated energy and failure behavior were compared to evaluate stress transfer mechanism of the new shape built-up square column-to-beam connections associated with the variables.
When precast concrete infill panels are connected to steel frames at discrete locations, interaction at the structural interface is neither complete nor absent. The contribution of precast concrete infill panels to the lateral stiffness and strength of steel frames can be significant depending on the quality, quantity and location of the discrete interface connections. This paper presents preliminary experimental and finite element results of an investigation into the composite behaviour of a square steel frame with a precast concrete infill panel subject to lateral loading. The panel is connected at the corners to the ends of the top and bottom beams. The Frame-to-Panel-Connection, FPC4 between steel beam and concrete panel consists of two parts. A T-section with five achor bars welded to the top of the flange is cast in at the panel corner at a forty five degree angle. The triangularly shaped web of the T-section is reinforced against local buckling with a stiffener plate. The second part consists of a triangular gusset plate which is welded to the beam flange. Two bolts acting in shear connect the gusset plate to the web of the T-section. This way the connection can act in tension or compression. Experimental pull-out tests on individual connections allowed their load deflection characteristics to be established. A full scale experiment was performed on a one-storey one-bay 3 by 3 m infilled frame structure which was horizontally loaded at the top. With the characteristics of the frame-to-panel connections obtained from the experiments on individual connections, finite element analyses were performed on the infilled frame structures taking geometric and material non-linear behaviour of the structural components into account. The finite element model yields reasonably accurate results. This allows the model to be used for further parametric studies.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.3
no.4
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pp.27-37
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2012
The construction of a moment connection for a rectangular hollow section (RHS) column and a H-shaped beam is difficult because the RHS is a closed section. When a inner diaphragm is used for such a connection, in general, it is installed after cutting the HSS columns, which results in increased construction work. This paper suggests a new fabrication method to overcome such problems: An inner diaphragm is welded to inside a C-shaped section first, and then a column is fabricated by welding two C-shaped sections. This fabrication method is superior to a classic method in terms of constructibility. An experimental and a numerical study using Ansys 9.0 were performed in order to compare the strength of connections with respect to the presence of concrete, the corner shape of diaphragm, and the axis of loading. The experimental results including initial stiffness and ultimate loads are reported and the analytical results including load transfer mechanism, degree of stress concentration, and strain distribution are also reported.
In a will to subdue the brittleness as well as the low tensile and flexural strengths of ordinary concrete, researches are being actively watched worldwide on steel fiber-reinforced Ultra High Performance Concrete (UHPC) obtained by admixing steel fibers in ultra high strength concrete. For the purpose of maximizing advantage of UHPC, this study removes the upper flange of the steel girder to apply an inverted T-shape girder for the formation of the composite beam. This paper intends to evaluate the behavior of the shear connectors and the flexural characteristics of the composite beam made of the inverted T-shape girder and UHPC slab using 16 specimens considering the compressive strength of concrete, the mixing ratio of steel fiber, the spacing of shear connectors and the thickness of the slab as variables. In view of the test results, it seemed that the appropriate stud spacing should range between 100 mm and 2 or 4 times the thickness of the slab. Moreover, the relative displacement observed in the specimens showed that ductile behavior was secured to a certain extent with reference to the criteria for ductile behavior suggested in Eurocode-4. The specimens with large stud spacing exhibited larger values than given by the design formula and revealed that the shear connectors developed larger ultimate strength than predicted owing to the action of UHPC and steel after non-composite behavior. Besides, the specimens with narrow stud spacing failed suddenly through compression at the upper chord of UHPC before reaching the full capacity of the shear connectors.
To upgrade shear performance of reinforced concrete (RC) beams, and particularly of the segments under negative moment within continuous T-section beams, a series of original schemes has been proposed using carbon fibre-reinforced polymer (CFRP) U-shaped strips for shear-strengthening. The current work focuses on one of them, in which CFRP U-strips are wound around steel bars against the top of the flange of a T-beam and then spliced on its bottom face in addition to being bonded onto its sides. The test results showed that the proposed scheme successfully provided reliable anchorage for U-strips and prevented premature onset of shear failure due to FRP debonding. The governing shear mode of failure changed from peeling of CFRP to its fracture or crushing of concrete. The strengthened specimens displayed an average increase of about 60% in shear capacity over the unstrengthened control one. The specimen with a relatively high ratio and uniform distribution of CFRP reinforcement had a maximum increase of nearly 75% in strength as well as significantly improved ductility. The formulas by various codes or guidelines exhibited different accuracy in estimating FRP contribution to shear resistance of the segments that are subjected to negative moment and strengthened with well-anchored FRP U-strips within continuous T-beams. Further investigation is necessary to find a suitable approach to predicting load-carrying capacity of continuous beams shear strengthened in this way.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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