T-shaped column is usually used as side column in buildings, which is one of the weak members in structural system. This paper presented a quasi-static cyclic loading experiment of six specimens of reinforced concrete (RC) T-shaped columns under compression-flexure-shear-torsion combined loadings to investigate the effect in the ratio of torsion to moment (T/M) and axial compression ratio (n) and height-thickness ratio of flange plate (φ) on their seismic performance. Based on the test results, the failure characteristics, hysteretic curves, ductility, energy dissipation, stiffness degradation and strength degradation were analyzed. The results show that the failure characteristics of RC T-shaped columns mainly depend on the ratio of torsion to moment, which can be divided into bending failure, bending-torsion failure and shear-torsion failure. With the increase of T/M ratio, the torsion ductility coefficient increased, and in a suitable range, the torsion and horizontal displacement ductility coefficient of RC T-shaped columns could be effectively improved with the increase of axial compression ratio and the decrease of height-thickness ratio of flange plate. Besides, the energy dissipation capacity of the specimens mainly depended on the bending and shear energy dissipation capacity. On the other hand, the increase of axial compression ratio and the ratio of torsion to moment could accelerate the torsional and bending stiffness degradation of RC T-shaped columns. Moreover, the degradation coefficient of torsion strength was between 0.80 and 0.98, and that of bending strength was between 0.75 and 1.00.
The concept of the seismic slit shear wall was proposed in the early 1990's. A series of experimental and theoretic studies on the wall with reinforced concrete short connecting beams cast in the slit were carried out. In this paper another type of slit shear wall is studied. It is one with vertical slit purposely cast within the wall, and the rubber belt penetrated by a part of web shear reinforcement as seismic energy-dissipation device is filled in the slit. Firstly, an experiment under cyclic loading was carried out on two shear wall models, one slit and the other solid. The failure mechanism and energy-dissipation capacity are compared between the two different models, which testifies the seismic performance of the slit wall improved significantly. Secondly, for engineering practice purpose, a macroscopic analytical model is developed to predict the nonlinear behavior of the slit shear wall under cyclic loading. The mechanical properties of each constituent elements of this model are based on the actual behavior of the materials. Furthermore, the effects of both the axial force and bending moment on the shear behavior are taken into account with the aid of the modified compression-field theory. The numerical results are verified to be in close agreement with the experimental measurements.
This paper presents investigation into the behavior of beam-column joints, with the joint region concrete being replaced by steel fiber reinforced concrete (SFRC) and by ultra-high performance concrete (UHPC). A total of ten beam-column joint specimens (BCJ) were tested experimentally to failure under monotonic and cyclic loading, with the beam section being subjected to flexural loading and the column to combined flexural and axial loading. The joint region essentially transferred shear and axial stresses as received from the column. Steel fiber reinforced concrete (SFRC) and ultra-high performance concrete (UHPC) were used as an innovative construction and/or strengthening scheme for some of the BCJ specimens. The reinforced concrete specimens were reinforced with longitudinal steel rebar, 18 mm, and some specimens were reinforced with an additional two ties in the joint region. The results showed that using SFRC and UHPC as a replacement concrete for the BCJ improved the joint shear strength and the load carrying capacity of the hybrid specimens. The mode of failure was also converted from a non-desirable joint shear failure to a preferred beam flexural failure. The effect of the ties in the SFRC and UHPC joint regions could not be observed due to the beam flexural failure. Several models were used in estimating the joint shear strength for different BCJ specimens. The results showed that the existing models yielded wide-ranging values. A new concept to take into account the influence of column axial load on the shear strength of beam-column joints is also presented, which demonstrates that the recommended values for concrete tensile strength for determination of joint shear strength need to be amended for joints subject to moderate to high axial loads. Furthermore, finite element model (FEM) simulation to predict the behaviour of the hybrid BCJ specimens was also carried out in an ABAQUS environment. The result of the FEM modelling showed good agreement with experimental results.
Steel-concrete composite walls have been proposed and developed for applications in various types of structures. The double-skin profiled composite walls, as a natural development of composite flooring, provide structural and architectural merits. However, adequate intermediate fasteners between profiled steel plates and concrete core are required to fully mobilize the composite action and to improve the structural behavior of the wall. In this research, two new types of fasteners (i.e., threaded rods and vertical plates) were proposed and three specimens with different fastener types or fastener arrangements were tested under axial compression. The experimental results were evaluated in terms of failure modes, axial load versus axial displacement response, strength index, ductility index, and load-strain relationship. It was found that specimen with symmetrically arranged thread rods sustained more stable axial strain than that with staggered arranged threaded rods. Meanwhile, vertical plates are more suitable for practical use since they provide stronger confinement to profiled steel plate and effectively prevent the steel plate from early local buckling, which eventually enhance the composite action and increase the axial compressive capacity of the wall. The calculation methods were then proposed and good agreement was observed between the test results and the predicted results.
The research study is focuses on a form of all-bolted joint with the external ring stiffening plate in the prefabricated steel structure. The components are bolted at site after being fabricated in the factory. Six specimens were tested under cyclic loading, and the effects of column axial compression ratio, concrete-filled column, beam flange sub plate, beam web angle cleats, and spliced column on the failure mode, hysteretic behavior and ductility of the joints were analyzed. The results shown that the proposed all-bolted joint with external ring stiffening plate performed high bearing capability, stable inflexibility degradation, high ductility and plump hysteretic curve. The primary failure modes were bucking at beam end, cracking at the variable section of the external ring stiffening plate, and finally welds fracturing between external ring stiffening plate and column wall. The bearing capability of the joints reduced with the axial compression ratio increased. The use of concrete-filled steel tube column can increase the bearing capability of joints. The existence of the beam flange sub plate, and beam web angle cleat improves the energy dissipation, ductility, bearing capacity and original rigidity of the joint, but also increase the stress concentration at the variable section of the external reinforcing ring plate. The proposed joints with spliced column also performed desirable integrity, large bearing capacity, initial stiffness and energy dissipation capacity for engineering application by reasonable design.
Kim, Hyeongjoo;Mission, Joseleo;Song, Youngsun;Ban, Jaehong;Baeg, Pilsoon
Journal of the Korean GEO-environmental Society
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v.9
no.5
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pp.45-52
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2008
The present study has extended OpenSees, which is an open-source software framework DOS program for developing applications to idealize geotechnical and structural problems, for the static analysis of axial load capacity and settlement of single piles in MS Windows environment. The Windows version of OpenSees as improved by this study has enhanced the DOS version from a general purpose software program to a special purpose program for driven and bored pile analysis with additional features of pre-processing and post-processing and a user friendly graphical interface. The method used in the load capacity analysis is the numerical methods based on load transfer functions combined with finite elements. The use of empirical nonlinear T-z and Q-z load transfer curves to model soil-pile interaction in skin friction and end bearing, respectively, has been shown to capture the nonlinear soil-pile response under settlement due to load. Validation studies have shown the static load capacity and settlement predictions implemented in this study are in fair agreement with reference data from the static loading tests.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.14
no.2
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pp.257-268
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1994
An experimental study was carried out to elicit important factors causing cracks and rupture of steel members and their elements under imposed large repeated deformations, and of the quantitative relationships among the important physical factors leading to failure. Each of twenty-eight angles and nine thin-plates served as the specimen and was subjected to repeated axial load after undergoing inelastic buckling. Particular attention was paid to the effects of loading pattern, failure mode and cross-sectional shape on the very-low-cycle failure behavior under loading repetitions of the order of a few to twenty. The experimental results show that energy dissipation capacity depends heavily on the entire history of loading, the failure mode, the slenderness ratio and the width-to-thickness ratio. No simple quantitative relations were observed between the initiation of the visible cracks or rupture and the energy dissipation capacity. The maximum values of residual "net" strains are found to range from 25% to 40%, independent of the test parameters.
The utilization of buildings can be improved by extending them vertically. However, the added load of the extension might require building foundations to be underpinned; otherwise, the loads on the foundations might exceed their bearing capacity. In this study, a preloading method was presented aiming at transferring partial loads from existing piles to underpinning piles. A pneumatic-type model preloading device was developed and used to carry out centrifuge experiments to evaluate the load-displacement behavior of piles, the pile-soil interaction during preloading, and the additional loading caused by vertical extension. The results showed that the preloading devices effectively transfer load from existing piles to underpinning piles. In the additional loading test of group piles, the load-sharing ratio of a pile increased with its stiffness. The load-sharing ratio of a preloaded micropile was less than that of a non-preloaded micropile as a result of the reduction in axial stiffness caused by preloading before additional loading. Therefore, a slight reduction of the load-sharing capacity of an underpinning pile should be considered if the preloading method is applied. Further, two full scale preloading devices was developed. The devices preload underpinning piles and thereby produce reaction forces on a reaction frame to jack existing piles upward, thus transferring load from the existing piles to the underpinning piles. Specifically, screw-type and hydraulic-jack type devices were developed for the practical application of foundation underpinning during vertical extension, and their operability and load transfer effect verified via full-scale structural experiments.
Park, Yeon Soo;Kang, Dae Hung;Oh, Jung Tae;Choi, Dong Ho;Oh, Back Man
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.14
no.5
s.60
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pp.613-625
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2002
This paper aimed to investigate the damage process of steel parts experiencing failure under strong repeated loading. Likewise, a damage index using various factors related to the damage was proposed. An analysis method for evaluating the damage state was also developed. The damage assessment method focused on the local strain history at the cross-section of the heaviest concentration of deformation. Cantilever-type steel parts were analyzed under uniaxial load combined with a constant axial load, considering horizontal displacement history, Loading patterns and steel types were considered as the main parameters in analyzing the models. The effects of the parameters on the failure modes, deformation capacity, and damage process as seen from the analysis results were also discussed. Each failure process was compared as steel types. In addition, the failure of steel parts under strong repeated loading was determined according to loading. Results revealed that the state of the failure is closely related to the local plastic strain.
The seismic performance of the ordinary steel reinforced concrete (SRC) columns has no significant improvement compared to the reinforced concrete (RC) columns mainly because I, H or core cross-shaped steel cannot provide sufficient confinement for core concrete. Two improved SRC columns by constructing with new-type shaped steel were put forward on this background, and they were named as enlarging cross-shaped steel and diagonal cross-shaped steel for short. The seismic behavior and carrying capacity of new-type SRC columns have been researched theoretically and experimentally, while the shear behavior remains unclear when the new-type columns are joined onto SRC beams. This paper presents an experimental study to investigate the shear capacity of new-type SRC joints. For this purpose, four new-type and one ordinary SRC joints under low reversed cyclic loading were tested, and the failure patterns, load-displacement hysteretic curves, joint shear deformation and steel strain were also observed. The ultimate shear force of joint specimens was calculated according to the beam-end counterforce, and effects of steel shape, load angel and structural measures on shear capacity of joints were analyzed. The test results indicate that: (1) the new-type SRC joints display shear failure pattern and has higher shear capacity than the ordinary one; (2) the oblique specimens have good bearing capacity if designed reasonably; and (3) the two proposed construction measures have little effect on the shear capacity of SRC joints embedded with diagonal cross-shaped steel. Based on the mechanism observed from the test, the formulas for calculating ultimate shear capacity considering the main factors (steel web, stirrup and axial compression ratio) were derived, and the calculated results agreed well with the experimental and simulated data.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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