The combination of replaceable and repairable properties in structures has introduced new approach called "Low Damage Design Structures". These structural systems are designed in such a way that through self-centering, primary members and specific connections neither suffer damage nor experience permanent deformations after being exposed to severe earthquakes. The purpose of this study is the seismic assessment of steel moment resisting frames with the aid of rigid rocking cores. To this end, three steel moment resisting frames of 4-, 8-, and 12-story buildings with and without rocking cores were developed. The nonlinear static analysis and incremental dynamic analysis were performed by considering the effects of the vertical and horizontal components of 16 strong ground motions, including far-fault and near-fault arrays. The results reveal that rocking systems benefit from better seismic performance and energy dissipation compared to moment resisting frames and thus structures experience a lower level of damage under higher intensity measures. The analyses show that the interstory drift in structures equipped with stiff rocking cores is more uniform in static and dynamic analyses. A uniform interstory drift distribution leads to a uniform distribution of the bending moment and a reduction in the structure's total weight and future maintenance costs.
This paper presents a study on the behavior of a bolted T-stub to square tube connection using Thread-fixed One-side Bolts (TOBs) through tests and numerical simulations. It outlines a research work of four connections with focus on the failure modes and strengths of the connection under tensile load. It was observed that the thread anchor failure caused by shear failure of hole threads controlled the final failure of the connection in the tests. Meanwhile, the out-of-plane deformation of tube wall resulted in the contact separation between hole threads and bolt threads, which in turn reduced the shear strength of hole threads. Finite element models (FEMs) allowing for the configuration details of the TOBs fixed connection are then developed and compared with the test results. Subsequently, the failure mechanism of hole threads and stress distribution of each component are analyzed based on FEM results. It was concluded that the ultimate strength of connection was not only concerned with the shear strength of hole threads, but also was influenced by the plastic out-of-plane deformation of tube wall. These studies lay a foundation for the establishment of suitable design methods of this type of connection.
A through-railway bridge with an inclined girder has recently been applied to optimize the cross-section of a slender bridge structure in railway bridges. To achieve the additional cross-section optimization effect by the bolted end-plate connection, it is necessary to investigate the application of the bolted end-plate tension connection between the inclined girder and the crossbeam. This basic study was conducted on the application of the bolted end-plate moment connection of crossbeams to half-through girders with inclined webs. The combined behavior of vertical deflection and rotational behavior was observed due to the effect of the web inclination in the inclined girder where the steel crossbeam was connected to the girder by the bolted end-plate moment connection. Therefore, in the experiment, the deflection of the inclined girder was 1.77-2.93 times greater than that of the vertical girder but the lateral deflection of the inclined girder was 0.4 times less than that of the vertical girder. Moreover, the tensile stress of the upper bolts in the inclined girder with low crossbeams was clearly 0.81 times lower than that of the vertical girder. According to the results, the design formula for vertical girders does not reflect the influence of the web inclination. Therefore, this study proposed the design procedures for the inclined girder to apply the bolted end-plate moment connection of the crossbeam to the inclined girder by reflecting the design change factors according to the effect of the web inclination.
Mehmet Faruk OZDEMIR;Muslum Murat MARAS;Hasan Basri YURTSEVEN
Journal of the Korean Wood Science and Technology
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v.51
no.6
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pp.526-541
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2023
Wooden structures are widely used, particularly in earthquake zones, owing to their light weight, ease of application, and resistance to the external environment. In this study, we aimed to improve the mechanical properties of laminated timber beams using novel hybrid systems [carbon-fiber-reinforced polymer (CFRP) and wire rope]. Within the scope of this study, it is expected that using wood, which is an environmentally friendly and sustainable building element, will be more economical and safe than the reinforced concrete and steel elements currently used to pass through wide openings. The structural behavior of the hybrid-reinforced laminated timber beams was determined under the loading system. The experimental findings showed that the highest increase in the values of laminated beams reinforced with steel ropes was obtained with the 2N reinforcement, with a maximum load of 38 kN and a displacement of 137 mm. Thus, a load increase of 168% and displacement increase of 275% compared with the reference sample were obtained. Compared with the reference sample, a load increase of 92% and a displacement increase of 14% were obtained. Carbon fabrics placed between the layers with fiber-reinforced polymer (FRP) prevented crack development and provided significant interlayer connections. Consequently, the fabrics placed between the laminated wooden beams with the innovative reinforcement system will not disrupt the aesthetics or reduce the effect of earthquake forces, and significant reductions can be achieved in these sections.
Concrete-filled steel tubes (CFSTs) nowadays are widely used as the main parts of momentous structures, and its connection has gained increasing attention as the complexity in configuration and load transfer mechanism. This paper proposes a novel CFST pier-to-footing incorporating tube-confined RC encasement. Such an innovative approach offers several benefits, including expedited on-site assembly, effective confinement, and collision resistance and corrosion resistance. The seismic behavior of such CFST pier-to-footing connection was studied by testing eight specimens under quasi-static cyclic lateral load. In the experimental research, the influences on the seismic behavior and the order of plastic hinge formation were discussed in detail by changing the footing height, axial compression ratio, number and length of anchored bars, and type of confining tube. All the specimens showed sufficient ductility and energy dissipation, without significant strength degradation. There is no obvious failure in the confined footing, while local buckling can be found in the critical section of the pier. It suggests that the footing provides satisfactory strength protection for the connection.
In this study, new moment-resisting precast concrete beam-column joint made up of hybrid steel concrete was developed and tested. This beam-column joint is proposed for use in moderate seismic regions. It has square hollow tubular section in concrete column and connecting plate in precast U-beam. The steel elements in column and beam members were connected using bolt. Furthermore, in order to prevent the premature failure of concrete in hybrid steel-concrete connection, ECC(engineered cementitious composite) was used. An experimental study was carried out investigating the joint behavior subjected to reversed cyclic loading and constant axial compressive load. Two precast beam-column joint specimens and monolithic reinforced concrete joint specimen were tested. The variables for interior joints were cast-in-situ concrete area and transverse reinforcement within the joint. Tests were carried out under displacement controlled reverse cyclic load with a constant axial load. Joint performance is evaluated on the basis of connection strength, stiffness, energy dissipation, and displacement capacity. The test results showed that significant differences in structural behavior between the two types of connection because of different bonding characteristics between steel and concrete; steel and ECC. The proposed joint detail can induce to move the plastic hinge out of the ECC and steel plate. And proposed precast connection showed better performance than the monolithic connection by providing sufficient moment-resisting behavior suitable for applications in moderate seismic regions.
Lee, Seong Hui;Jung, Hun Mo;Yang, Il Seung;Choi, Sung Mo
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.21
no.6
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pp.575-583
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2009
As the height of buildings rises, new structural systems are being applied other than theexisting S, RC, and SRC to decrease the weight of buildings and to make their construction more efficient, CFT structureshad been applied in many building construction projects due to their superior structural performance and construction efficiency. CFT structures need a diaphragm to harmoniously transmit the beam flange load to the column and the opponent beam in connections. Especially, on the right and left sides of the column other beams are connected, The establishment of a diaphragm for the lower part flange load delivery of the beam and guarantee for concrete filing capacity difficulty have (What does this mean?). In this paper, connection details are proposed in the form of a welded vertical plate with a circular hole on the CFT column's interior to harmoniously transmit the lower-part beam flange load to the column and the opponent beam. Thesediaphragm details use the concrete anchor effect in the beam flange load delivery, with the concrete-filled CFT column interior piercing the hole of the perforated plate, and a perforated board is established vertically to improve the concrete filling capacity. To analyze the structural performance of the proposed connection details, five simple tension specimens were made with the following parameters: with our without vertical and horizontal perforated plates, shear hole number, concrete filled or not, thickness of the perforated plate, etc. Then experimental tests were performed on these specimens.
Yun, Ik Jung;Huh, Taik Nyung;Kim, Moon Kyum;Cho, Sung Young
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.1A
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pp.89-94
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2008
The problem of interaction between the structures interconnected at discrete points as like composite structures, has a attracted considerable attention for a prolonged period of time. Recently, mixed structures are applied for overcoming structural limits by developed countries. In this paper, advanced connection type of mixed structures are presented by numerical approach. Also it is performed on extensive literature review from theoretical method to numerical analysis. For analysing behaviors of mixed structures according to connection type, 2 different connections and 1 reinforced connection are compared by 3D nonlinear numerical analysis. Nonlinear analysis of mixed structures is carried out by utilizing contact elements of a general purpose structural analysis computer program(ABAQUS). By using 6 criteria, each connections are investigated. From this result, proper reinforcing and well designed connection type are proposed. And results also show that the deflections which are induced by discontinuity on mixed structures, has a linear distribution that should decrease as applying proposed connection type.
This paper investigates the progressive collapse behavior of 3D steel-framed gravity buildings under fires with a cooling phase. The effect of fire protections and bracing systems on whether, how, and when a gravity building collapses is studied. It is found that whether a building collapses or not depends on the duration of the heating phase, and it may withstand a "short-hot" fire, but collapses under a mild fire or a "long-cool" fire. The collapse time can be conservatively determined by the time when the temperature of steel columns reaches a critical temperature of 550 ℃. It is also found that the application of a higher level of fire protection may prevent the collapse of a building, but may also lead to its collapse in the cooling phase due to the delayed temperature increment in the heated members. The tensile membrane action in a heated slab can be resisted by a tensile ring around its perimeter or by tensile yielding lines extended to the edge of the frame. It is recommended for practical design that hat bracing systems should be arranged on the whole top floor, and a combination of perimeter and internal vertical bracing systems be used to mitigate the fire-induced collapse of gravity buildings. It is also suggested that beam-to-column connections should be designed to resist high tensile forces (up to yielding force) during the cooling phase of a fire.
The evaluation of shear stiffness of shear connection in composite bridges with CIP concrete deck is analysed. Shear stiffness of shear connection in full-depth precast concrete deck bridges is obtained from experiments. 3-dimensional finite element analyses of push-out specimen are carried out to investigate the effects of characteristics of filling material strength in shear connection on shear stiffness and local stress distribution. The load-slip relations obtained from the analyses are compared with those of experiments. The equation of initial shear stiffness of shear connection in precast concrete deck bridge is proposed. Linear analyses are performed to evaluate the effects of the shank diameter of shear connector and the strength of mortar on the characteristics of deterioration and failure load obtained by the failure criterions of each material. The failure loads are estimated and compared with test results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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