Kim, Tae Jin;Park, JongWon;Cho, Jeong Hyuk;Kim, Hee Dong
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.20
no.6
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pp.829-838
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2008
In this study, cyclic tests of beam-column connections composed with members applicable to the domestic low-middle rise steel buildings were conducted to develop seismic connection details and its evaluation. Connection types and material properties of the steel were testing variables and the difference between the newly developed seismic rolled section (SHN490) and existing rolled section (SM490) was also investigated. Distributions of the yield strength and the ultimate strength of the SHN490 rolled section were relatively uniform comparing to those of the SM490 rolled section Brittle fracture in the weldments of the test specimens was not observed. Instead, fracture occurred at heat-affected zones or the stress-concentrated point near the weld access hole of the beam flanges. In the case of identical rolled-section specimens, the rotational capacity and dissipated energy of the WUF-W connection was larger than those of the WUF-B connection. In the case of identical connection types, the rotational capacity and dissipated energy of the SHN490 section connection was larger than those of the WUF-B section connection.
Moment resisting stub columns (MRSCs) have increasingly adopted in special moment-resisting frame (SMF) systems in steel building structures, especially in Asian countries. The MRSCs typically provide a lower deformation capacity compared to shear-panel stub columns, a limited post-yield stiffness, and severe strength degradation as adopting slender webs. A new MRSC design with cored configuration, consisting of a core-segment and two side-segments using different steel grades, has been proposed in the study to improve the demerits mentioned above. Several full-scale components of the cored MRSC were experimentally investigated focusing on the hysteretic performance of plastic hinges at the ends. The effects of the depths of the core-segment and the adopted reduced column section details on the hysteretic behavior of the components were examined. The measured hysteretic responses verified that the cored MRSC enabled to provide early yielding, great ductility and energy dissipation, enhanced post-yield stiffness and limited strength degradation due to local buckling of flanges. A parametric study upon the dimensions of the cored MRSC was then conducted using numerical discrete model validated by the measured responses. Finally, a set of model equations were established based on the results of the parametric analysis to accurately estimate strength backbone curves of the cored MRSCs under increasing-amplitude cyclic loadings.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.12
no.1
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pp.21-28
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2008
The CFT (Concrete Filled Steel Tube) columns became popular in high rise building construction due to not only its composite effect but also economic advantage. However, it has been pointed out in various previous researches that the current practice in CFT columns may lead the steel tube to probable local buckling at critical sections of the columns right after yielding. To resolve such a problem, the TR-CFT (Transversely Reinforced Concrete Filled Steel Tube) column is proposed to control or at least delay the local buckling state at the critical section by wrapping the CFT columns with carbon fiber sheet. The validity of the proposed column system is validated through the present paper by observing the experimental performance and comparing it with the analytical prediction of the TR-CFT columns with hish strength concrete. It is also shown that the current design code provisions such as ACI-318, in which the contribution of concrete confining effect filled in steel tube is not appropriately accounted for, may contain too much conservatism.
Experimental investigations on the seismic behaviors of the PVC-FRP Confined Reinforced Concrete (PFCRC) columns under low cyclic loading are carried out and two variable parameters including CFRP strips spacing and axial compression ratio are considered. The PFCRC column finally fails by bending and is characterized by the crushing of concrete and yielding of the longitudinal reinforcement, and the column with a high axial compression ratio is also accompanied by the cracking of the PVC tube and the fracture of CFRP strips. The hysteretic curves and skeleton curves of the columns are obtained from the experimental data. With the increase of axial compression ratio, the stiffness degradation rate accelerates and the ductility decreases. With the decrease of CFRP strips spacing, the unloading sections of the skeleton curves become steep and the ductility reduces significantly. On the basis of fiber model method, a numerical analysis approach for predicting the skeleton curves of the PFCRC columns is developed. Additionally, a simplified skeleton curve including the elastic stage, strengthening stage and unloading stage is suggested depending on the geometric drawing method. Moreover, the loading and unloading rules of the PFCRC columns are revealed by analyzing the features of the skeleton curves. The quantitative expressions that are used to predict the unloading stiffness of the specimens in each stage are proposed. Eventually, an analytical model for the PFCRC columns under low cyclic loading is established and it agrees well with test data.
Steel-reinforced concrete (SRC) L-shaped column is the vertical load-bearing member with high spatial adaptability. The seismic behavior of SRC L-shaped column is complex because of their irregular cross sections. In this study, the hysteretic performance of six steel truss reinforced concrete L-shaped columns specimens under the combined loading of compression, bending, shear, and torsion was tested. There were two parameters, i.e., the moment ratio of torsion to bending (γ) and the aspect ratio (column length-to-depth ratio (φ)). The failure process, torsion-displacement hysteresis curves, and bending-displacement hysteresis curves of specimens were obtained, and the failure patterns, hysteresis curves, rigidity degradation, ductility, and energy dissipation were analyzed. The experimental research indicates that the failure mode of the specimen changes from bending failure to bending-shear failure and finally bending-torsion failure with the increase of γ. The torsion-displacement hysteresis curves were pinched in the middle, formed a slip platform, and the phenomenon of "load drop" occurred after the peak load. The bending-displacement hysteresis curves were plump, which shows that the bending capacity of the specimen is better than torsion capacity. The results show that the steel truss reinforced concrete L-shaped columns have good collapse resistance, and the ultimate interstory drift ratio more than that of the Chinese Code of Seismic Design of Building (GB50011-2014), which is sufficient. The average value of displacement ductility coefficient is larger than rotation angle ductility coefficient, indicating that the specimen has a better bending deformation resistance. The specimen that has a more regular section with a small φ has better potential to bear bending moment and torsion evenly and consume more energy under a combined action.
In this study, cyclic loading tests were conducted to assess the seismic performance of cast-in-place (CIP) concrete-filled hollow core precast concrete columns (HPCC) constructed using steel ducts and rubber tubes. The outer shells of HPCC, with a hollow ratio of 47%, were fabricated using steel ducts and rubber tubes, respectively. Two combinations of shear studs & long threaded bars or cross-deformed bars & V-ties were employed to ensure the structural integrity of the old concrete (outer shell) and new CIP concrete. Up to a drift ratio of 3.8%, the hysteresis loop, yielding stiffness, dissipated energy, and equivalent damping ratio of the HPCC specimens were largely comparable to those of the solid columns. Besides the similarities in cyclic load-displacement responses, the strain history of the longitudinal bars and the transverse confinement of the three specimens also exhibited similar patterns. The measured maximum moment exceeded the predicted moment according to ACI 318 by more than 1.03 times. However, the load reduction of the HPCC specimen after reaching peak strength was marginally greater than that of the solid specimen. The energy dissipation and equivalent damping ratios of the HPCC specimens were 20% and 25% lower than those of the solid specimen, respectively. Taking into account the overall results, the structural behavior of HPCC specimens fabricated using steel ducts and rubber tubes is deemed comparable to that of solid columns. Furthermore, it was confirmed that the two combinations for securing structural integrity functioned as expected, and that rubber air-tubes can be effectively used to create well-shaped hollow sections.
Due to the many advantages of concrete-filled double steel tube (CFDT) columns, they are highly recommended for use in heavy-load structures such as bridges, subway stations, and high-rise buildings. This study was carried out with the aim of numerically investigating and comparing the performance of CFDT columns under cyclic and seismic loads and providing innovative strengthening methods for CFDT columns. Hollow circular steel sections have been used for internal and external tubes. To make the circular CFDT columns stronger against seismic loads, stiffeners with different shapes (rectangular and T-shaped sheets) have been welded to the outside and inside tubes. The validated finite element (FE) model of the ABAQUS program is used to look into the behavior of CFDT columns numerically. Two frames of 10 and 20 floors with strengthened CFDT columns were modeled. The results showed that the use of stiffeners in the CFDT column has a significant effect on seismic performance, so that the maximum lateral load of the column is increased up to 32.74% under the effect of cyclic load. Also, the results revealed that the use of stiffeners in the columns of moderate and high-rise building frames causes a significant increase in the shear of the base and consequently the stiffness. Among the other important results that followed, it reduced the drift of floors and increased energy absorption.
Min Jin;Jung In-Keun;Shim Chang-Su;Chung Young-Soo
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.17
no.3
s.87
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pp.393-400
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2005
Steel encased composite columns have been used for buildings and piers of bridges. Since the column section for the pier is relatively larger than that of building columns, economical steel ratio needs to be investigated for the required performance. Composite action between concrete and embedded steel sections can be obtained by bond and friction. However, the behavior of the column depends on the load introduction mechanism. Compression can be applied to concrete section, steel section and composite section. In this paper, experiments on shear strength of the steel encased composite column were performed to study the effect of confinement by transverse reinforcements, mechanical interlock by holes, and shear connectors. Bond strength obtained from the tests showed considerably higher value than the design value. Confinement, mechanical interlock and stud connectors Increased the shear strength and these values can be used effectively to obtain composite action of Steel Reinforced Concrete(SRC) columns.
Tubular column members have been widely adopted in current construction due to its numerous advantages. However, the closed-section profile characteristics of tubular columns severely limit the connection possibilities. Welding type is acceptable but discouraged because of on-site issues. Blind-bolted connection is preferable because of its simplicity, economic benefit, and easy assembly. This paper presents a state-of-the-art review on bolted connections to tubular columns for bare steel tubes, including square and circular sections. Available studies on bolted connections at ambient and elevated temperatures are reviewed, but emphasis is given on the latter. Various methods of determining the connection performance through experimental, analytical, component based, and finite element approaches are examined. Future research areas are also identified.
Lateral sway is most likely to control the design of semi-rigid steel frames where the frame arrangements do not include any form of bracing. This paper investigates the sway behaviour of semi-rigid regular steel frames i.e., frames having the same arrangement of beam and column sections at all levels, and hence proposes some design charts for the prediction of sway that eliminate the need for doing any numerical modelling. Schueller's equation has also been modified to incorporate connection flexibility in addition to its original rigid frame considerations. All the proposed methods have been validated using results obtained from numerical analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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