Reinforced concrete beam-column (RCBC) joints of laterally loaded unbraced frames are sometimes controlled by their shear behavior. This behavior relies on multiple and interdependent complex mechanisms. There are already several studies on the influence of some parameters on the shear strength of reinforced concrete joints. However, there are no studies methodically tackling all the most relevant parameters and quantifying their influence on the overall joint behavior, not just on its shear strength. Hence, considering the prohibitive cost of a comprehensive parametric experimental investigation, a nonlinear finite element analysis (NLFEA) was undertaken to identify the key factors affecting the shear behavior of such joints and quantify their influence. The paper presents and discusses the models employed in this NLFEA and the procedure used to deduce the joint behavior from the NLFEA results. Three alternative, or complementary, quantities related to shear are considered when comparing results, namely, the maximum shear stress supported by the joint, the secant shear stiffness at maximum shear stress and the secant shear stiffness in service conditions. Depending on which of these is considered, the lower or higher the relevance of each of the six parameters investigated: transverse reinforcement in the joint, intermediate longitudinal bars and diagonal bars in the column, concrete strength, column axial load and confining elements in transverse direction.
Costa, Ricardo J.T.;Gomes, Fernando C.T.;Providencia, Paulo M.M.P.;Dias, Alfredo M.P.G.
Computers and Concrete
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v.12
no.4
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pp.393-411
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2013
In the analysis and design of reinforced concrete frames beam-column joints are sometimes assumed as rigid. This simplifying assumption can be unsafe because it is likely to affect the distributions of internal forces and moments, reduce drift and increase the overall load-carrying capacity of the frame. This study is concerned with the relevance of shear deformation of beam-column joints, in particular of exterior ones, on the quasi-static behavior of regular reinforced concrete sway frames. The included parametric studies of a simple sub-frame model reveal that the quasi-static monotonic behavior of unbraced regular reinforced concrete frames is prone to be significantly affected by the deformation of beam-column joints.
In an experimental and analytical study on the structural behavior of slender circular steel-concrete composite columns, eleven specimens were tested to investigate the effects of three ways to apply a load to a column. The load was applied eccentrically to the concrete section, to the steel section or to the entire section. Three-dimensional nonlinear finite element models were established and verified with the experimental results. The analytical models were also used to study how the behavior of the column was influenced by the bond strength between the steel tube and the concrete core and the by confinement of the concrete core offered by the steel tube. The results obtained from the tests and the finite element analyses showed that the behavior of the column was greatly influenced by the method used to apply a load to the column section. When relying on just the natural bond, full composite action was achieved only when the load was applied to the entire section of the column. Furthermore, because of the slenderness effects the columns did not exhibit the beneficial effects of composite behavior in terms of increased concrete strength due to the confinement.
In this study, the effects of the inelastic shear behavior of beam-column joint and the vertical distribution of lateral load are evaluated considering higher modes on the response of RC OMRF using the pushover analysis. A structure used for the analysis was a 5-story structure located at site class SB and seismic design category C, which was designed in accordance with KBC2009. Bending moment-curvature relationship for beam and column was identified using fiber model. Also, bending moment-rotation relationship for beam-column joint was calculated using simple and unified joint shear behavior model and moment equilibrium relationship for the joint. The results of pushover analysis showed that, although the rigid beam-column joint overestimated the stiffness and strength of the structure, the inelastic shear behavior of beam-column joint could be neglected in the process of structural design since the average response modification factor satisfied the criteria of KBC2009 for RC OMRF independent to inelastic behavior of joint.
Concrete filled steel tubular (CFT) columns are becoming popular in structural applications. The increased popularity comes from their excellent structural properties such as high strength, high ductility, and large energy absorption capacity. However, the disadvantage feature of CFT column is the difficulty in predicting its time dependant characteristic (i.e., creep and shrinkage) of inner concrete. The time dependent behavior of CFT column can cause serious serviceability problems. Therefore, it is necessary to investigate the long term behavior of CFT column. This paper presents analytical and experimental studies on long-term behavior of CFT-column under a central axial loading. Two loading cases are considered in the research; (1) the load applied only at the inner core concrete of CFT-column and (2) the load applied simultaneously on both concrete and steel tube. Analysis method using the bond strength model is proposed and conclusions on long-term properties of CFT-column can be derived from the results.
This paper focuses on the study of seismic behavior of steel reinforced concrete special-shaped column-beam joints. Six specimens, which are designed according to the principle of strong-member and weak-joint core, are tested under low cyclic reversed load. Key parameters include the steel form in column section and the ratio of column limb height to thickness. The failure mode, load-displacement curves, ductility, stiffness degradations, energy dissipation capacity and shear deformation of joint core of the test subassemblies are analyzed. The results indicate that SRC special-shaped column-beam joints have good seismic behavior. All specimens failed due to the shear failure of the joint core, and the failure degree between the two sides of joint core is similar for the exterior joint but different for the corner joint. Compared to the joints with channel steel truss, the joints with solid web steel skeleton illustrate better ductility and energy dissipation capacity, but the loading capacity and stiffness are roughly close. With the increasing of the ratio of column limb height to thickness, the joints illustrate higher loading capacity and stiffness, better energy dissipation capacity, but worse ductility.
An experimental study is carried out to evaluate the performance of Lime mortar-Well graded Soil (Lime-WS) columns for the improvement of soft soils. Tests are conducted on a column of 100 mm diameter and 600 mm length surrounded by soft soil in different area ratios. Experiments are performed either with the entire area loading to evaluate the load - settlement behavior of treated grounds and only a column area loading to find the limiting axial stress of the column. A series of tests are carried out in soaking condition to investigate the influence of moisture content on the load - settlement behavior of specimens. In order to compare the behavior of Lime-WS columns with Conventional Stone (CS) columns as well as Geogrid Encased Stone (GES) columns, the behavior of these columns have been also considered in the present study. Remarkable improvement in the behavior of soft soil is observed due to the installation of Lime-WS columns and the performance of these columns is significantly enhanced by increasing the area ratio. The results show that CS columns are not suitable as a soil improvement technique for extremely soft soils and should be enhanced by encasing the column or replaced by rigid stone columns.
This paper presents the experimental results on the strength behavior and failure modes of box beam-to-circular column connections in steel piers. Previous research introduced parameters such as joint central angles, extension of horizontal stiffeners, and use of equivalent web depth, which ignored strength behavior and failure modes of box beam-to-circular column connections. The use of equivalent web depth $d_2$ is not reasonable when central angle ${\alpha}$ is closer to $90^{\circ}$; therefore, a monotonic loading test has been performed for eight connection specimens. From the test, it is identified that the connection with the circular column is stronger than the connection with the box-sectioned substitution column. Also, the strength of the beam-to-column connections with horizontal stiffeners is higher than the one of the no column stiffeners. The concrete-filled effect of box beam-to-circular column connection is also investigated, and the experimental yield strength of the connection is compared with the theoretical one. Also, more a reasonable equivalent web depth is suggested. The failure modes of connection are clearly defined.
A new type of precast steel reinforced concrete (PSRC) column was put forward in this paper. In order to study the static performance of PSRC column and hollow precast steel reinforced concrete (HPSRC) column subjected to combined compression and shear loading, a parametric test was carried out and effects of axial compression ratio, concrete strength and shear ratio on the mechanical behavior of composite PSRC column and HPSRC column were explored. In addition, the cracks development, load-span displacement relationship, strain distribution and shear bearing strength of column specimens were emphatically focused. Test results implied that shear failure of all specimens occurred during the test, and higher strength of cast-in-place concrete, smaller shear ratio and larger axial compression ratio could lead to greater shear resistance, but when the axial compression ratio was larger than 0.36, the shear capacity began to decrease gradually. Furthermore, truss-arch model for determining the shear strength of PSRC column and HPSRC column was proposed and the calculated results obtained from proposed method were verified to be valid.
Fiber Reinforced Polymer (FRP) bars have now been widely adopted as an alternative to traditional steel reinforcements in infrastructure and civil industries worldwide due variety of merits. This paper presents a numerical methodology to investigate FRP bar-reinforced beam-column joint behavior under quasi-static loading. The proposed numerical model is validated with test results considering load-deflection behavior, damage pattern at beam-column joint, and strain variation in reinforcements, wherein the results are in agreement. The numerical model is subsequently employed for parametric investigation to enhance the end-span beam-column joint performance using different joint reinforcement systems. To reduce the manufacturing issue of bend in the FRP bar, the headed FRP bar is employed in a beam-column joint, and performance was investigated at different column axial loads. Headed bar-reinforced beam-column joints show better performance as compared to beam-column joints having an L-bar in terms of concrete damage, load-carrying capacity, and joint shear strength. The applicability and efficiency of FRP bars at different story heights have also been investigated with varying column axial loads.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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