Post-punching resistance of a flat slab can help redistribute the gravity loads and resist progressive collapse of a structure following initial damage. One important difficulty with accounting for the post-punching strength of a slab is the discontinuity that develops following punching shear. A numerical simulation technique is proposed here to model and evaluate post-punching resistance of flat slabs. It is demonstrated that the simulation results of punching shear and post-punching response of the model of a slab on a single column are in good agreement with corresponding experimental data. It is also shown that progressive collapse due to a column removal (explosion) can lead to punching failure over an adjacent column. Such failure can propagate throughout the structure leading to the progressive collapse of the structure. Through post-punching modeling of the slab and accounting for the associated discontinuity, it is also demonstrated that the presence of an adequate amount of integrity reinforcement can provide an alternative load path and help resist progressive collapse.
Kim, Tae-Hoon;Kim, Ho-Young;Lee, Jae-Hoon;Shin, Hyun-Mock
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.18
no.1
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pp.9-18
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2014
The purpose of this study is to investigate the seismic behavior of hollow reinforced concrete bridge column systems with reinforcement details for material quantity reduction and to provide the details and reference data. Five hollow reinforced concrete bridge columns were tested under a constant axial load and a cyclically reversed horizontal load. The accuracy and objectivity of the assessment process can be enhanced by using a sophisticated nonlinear finite element analysis program. The adopted numerical method gives a realistic prediction of seismic performance throughout the loading cycles for several the investigated test specimens. This study documents the testing of hollow reinforced concrete bridge column systems with reinforcement details for material quantity reduction and presents conclusions based on the experimental and analytical findings.
In this study, prefabricated composite columns using high-strength angles (PSRC composite column) was studied. Concentric axial loading tests were performed for 2/3 scale PSRC specimens and an conventional SRC specimen with H-steel at the center of the cross-section. The test parameters were the steel ratio of angles and the spacing of lateral re-bars. The test results showed that by placing the angles at the corners of the cross-section for confinement with provided for the core concrete, the PSRC column specimens exhibited greater load-carrying capacity and deformation capacity than those of the conventional SRC column. The axial load-carrying capacity of the PSRC columns was greater than the prediction by KBC 2009. Using existing stress-strain relationship of confined concrete, the axial load-deformation relationship of the specimens were predicted. The numerical predictions correlated well with the test results in terms of initial stiffness, load-carrying capacity, and post-peak strength- and stiffness-degradations.
This work presents a complete optimal model for trapezoidal combined footings that support a concentric load and moments around of the "X" and "Y" axes in each column to obtain the minimum area and the minimum cost. The model presented in this article considers a pressure diagram that has a linear variation (real pressure) and the equations are not limited to some cases. The classic model takes into account a concentric load and the moment around of the "X" axis (transverse axis) that is applied due to each column, i.e., the resultant force is located at the geometric center of the footing on the "Y" axis (longitudinal axis), and when the concentric load and moments around of the "X" and "Y" axes act on the footing is considered the uniform pressure applied on the contact surface of the footing, and it is the maximum pressure. Four numerical problems are presented to find the optimal design of a trapezoidal combined footing under a concentric load and moments around of the "X" and "Y" axes due to the columns: Case 1 not limited in the direction of the Y axis; Case 2 limited in the direction of the Y axis in column 1; Case 3 limited in the direction of the Y axis in column 2; Case 4 limited in the direction of the Y axis in columns 1 an 2. The complete optimal design in terms of cost optimization for the trapezoidal combined footings can be used for the rectangular combined footings considering the uniform width of the footing in the transversal direction, and also for different reinforced concrete design codes, simply by modifying the resisting capacity equations for moment, for bending shear, and for the punching shear, according to each of the codes.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.18
no.3E
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pp.151-159
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2006
A total of 32 pullout tests were performed for the multiple headed bars relatively deeply embedded in reinforced concrete column-like members. The objective was to determine the minimum embedment depth that was necessary to safely design exterior beam-column joints using headed bars. The variables for the experiment were embedment depth of headed bar, center-to-center distance between adjacent heads, and amount of supplementary reinforcement. Regular strength concrete and grade SD420 reinforcing steel were used. The results of the test the indicated that a headed bar embedment depth of $10d_b$ was not sufficient to have relatively closely installed headed bars develop the pullout strength corresponding to the yield strength. All the experimental variables, influenced the pullout strength. The pullout strength increased with increasing embedment depth and head-to-head distance. It also increased with increasing amount of supplementary reinforcement. For a group of closely-spaced headed bars installed in a beam-column joint, it is recommended to use column ties at least 0.6% by volume, 1% or greater amount of column main bars, and an embedment depth of $13d_b$ or greater simultaneously, to guarantee the pullout strength of individual headed bars over 125% of $f_y$ and ductile load-displacement behavior.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.5
no.1
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pp.19-28
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2011
This paper documents an experimental study of dynamic response of reinforced concrete beams following instantaneous removal of a bearing column. Four half-scale specimens representing two-span beam bridging across the removed column were tested. The test boundary conditions simulated rotational and longitudinal restraints imposed on a frame beam by the neighboring structural components. The gravity loads were simulated by attaching mass blocks on the beams at three locations. Dynamic loading effects due to sudden removal of a column were simulated by quickly releasing the supporting force at the middle of the specimens. The experimental study investigated the load-carrying capacity of beams restrained longitudinally at the boundaries and dynamic impact on forces. The tests confirmed the extra flexural strength provided by compressive arch action under dynamic loading. The tests also indicated that the dynamic amplification effects on forces were much lower than that assumed in the current design guideline for progressive collapse.
Column foot in traditional Chinese timber structures may be subjected to be uplifted due to the lateral load and subsequently reset under the vertical loads. The residual moment of the rocking column foot is the most important parameter representing the mechanical behaviors of column foot, and the simplification of joints is the basis of structural analysis of whole structure. The complicated mechanical behaviors of joint and the modeling of the column foot joint has been undertaken historically based on the experiments and numerical simulation. On the condition of limited application range of those models, a lack of simplified model to represent the mechanical behaviors of joint deserves attentions. There is a great need to undertake theoretical studies to derive the residual moment and make better simplified model of the joint. This paper proposes the residual moment and equivalent simplified model of the rotational stiffness for column foot joint. And, the timber frame is established based on the simplified model, which is verified by solid finite element model. Results show that a mutual agreement on the mechanical behaviors of the timber frame is obtained between the simplified model and the solid finite element model. This study can serve as the references of the structural analysis for the traditional timber structures.
This paper presents the displacement behavior safety of hollow shafts with an equivalent volume for various cross sectional area using a finite element method. The FEM results indicate that the hollow shafts with X-type or Y-type columns between outer tube, middle tube and inner tube may reduce a maximum displacement at the middle length of hollow shafts. Especially, the load-bearing column of X-type or Y-type hollow shaft is directly connected between outer tube and inner tube without a shift for reducing the vertical displacement. And increased thickness of a load-bearing column is recommended for reducing the vertical displacement and increasing the displacement behavior safety for an equivalent volume of a hollow shaft.
In order to improve the efficiency of the Reinforced Concrete, RC, structures against progressive collapse, this paper proposes a procedure using alternate path and specific local resistance method to resist progressive collapse in intermediate RC frame structures. Cap truss consists of multiple trusses above a suddenly removed structural element to restrain excessive collapse and provide an alternate path. Steel strut is used as a brace to resist compressive axial forces. It is similar to knee braces in the geometry, responsible for enhancing ductility and preventing shear force localization around the column. In this paper, column removals in the critical position at the first story of two 5 and 10-story regular buildings strengthened using steel strut or cap truss are studied. Based on nonlinear dynamic analysis results, steel strut can only decrease vertical displacement due to sudden removal of the column at the first story about 23%. Cap truss can reduce the average vertical displacement and column axial force transferred to adjacent columns for the studied buildings about 56% and 61%, respectively due to sudden removal of the column. In other words, using cap truss, the axial force in the removed column transfers through an alternate path to adjacent columns to prevent local or general failure or to delay the progressive collapse occurrence.
Kim, Byung-Ho;Shim, Hyun-Ju;Choi, Byong-Jeong;Lee, Eun-Taik
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.23
no.3
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pp.317-326
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2011
Today there is a growing range of applications for Concrete-Filled Steel Tube (CFT) member because of its superior performance. Ductility estimation test of concrete-filled seismic resistant steel tubular columns, subjected to axial and cyclic lateral load, was carried out in this study. Seismic resistant steel tubes are manufactured using SN400B plates by a two-seam welding at center of the column width for cold press-formed shape plates of two pieces. A total of eight specimens were manufactured and tested with the parameters of width-thickness ratio of steel tubular column, axial load ratio, and loading conditions to act axial and cyclic lateral load two dynamic actuators were used. From test results, flexural strength, deformation capacity, energy dissipation capacity, and ductility behavior of columns were analyzed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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