In this paper, the non-linear behavior of masonry-infill and bare steel frames using different beam-column connections under monotonic static loading was investigated through a parametric study. Numerical models were carried out using one- and two-dimensional modelling to validate the experimental results. After validating the experimental results by using these models, a parametric study was carried out to model the behavior of these frames using flushed, extended, and welded connections. The results showed that using the welded or extended connection is more efficient than using the flushed type in masonry-infilled steel frames, since the lateral capacities, initial stiffness, and toughness have been increased by 155%, 601%, and 165%, respectively in the case of using welded connections compared with those used in bare frames. The FE investigation was broadened to study the influence of the variation of the uniaxial column loads on the lateral capacities of the bare/infill steel frames. As the results showed when increasing the amount of uniaxial loading on the columns, whether in tension or compression, causes the lateral load capacity of the columns to decrease by 26% for welded infilled steel frames. Finally, the influence of using different types of beam-to-column connections on the vertical capacities of the bare/infill steel frames under settlement effect was also studied. As a result, it was found that, the vertical load capacity of all types of frames and with using any type of connections is severely reduced, and this decrease may reach 62% for welded infilled frames. Furthermore, the flushed masonry-infilled steel frame has a higher resistance to the vertical loads than the flushed bare steel frame by 133%.
Choi, Young Hwan;Kim, Kang Su;Choi, Sung Mo;Lee, Sangsup
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.19
no.6
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pp.575-585
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2007
In this study, a new design equation was presented for square CFTs with high-strength concrete subjected to axial compression and bending. In a previous study, a design equation for square CFTs with normal strength concrete was proposed. A parametric study by fiber analysis was performed taking the width-to-thickness ratio (b/t) and the relative concrete strength to the yield strength of the steel tube (fck/Fy) as the main parameters of this study to determine the maximum moment and the axial load at the maximum moment. A new constitutive model for concrete was adopted for fiber analysis in order to take into account the effect of high-strength concrete. The results of the parametric study were embedded into the method which was presented in the previous study to formulate a new design equation that can be easily used for estimating the strength of square CFTs with high-strength concrete.
This study reports on the structural characteristics of slab-column connections using fiber-reinforced ultra-high-strength concrete (UHSC). Compression tests were performed on two slab-column and four isolated column specimens. In the column load tests, slab loads were also applied on the slab-column specimens so that the actual confinement condition at the slab-column joint was considered. The main parameter investigated was the "puddling" of fiber-reinforced UHSC. This paper also investigates the effects of some parameters, such as confinement of slab concrete, steel fibers, and concrete strength of the joint, related to the ability of the slab-column specimens and isolated column specimens without the surrounding slab to transmit axial loads from the UHSC columns through slab-column connections. Furthermore, the ACI Code (2005) and the CSA Standard (2004) are compared to the experimental results. The beneficial effects of the puddling of fiber-reinforced UHSC on the transmission of column loads through slab-column connections are demonstrated.
An equation for calculating confining reinforcement amount of RC bridge columns, specified in the current bridge design codes, has been made to provide additional load-carrying strength for concentrically loaded columns. The additional load-carrying strength will be equal to or slightly greater than the resistant strength of a column against axial load, which is lost because the cover concrete spalls off. The equation considers concrete compressive strength, yield strength of transverse reinforcement, and the section area ratio as major variables. Among those variables, the section area ratio between the gross section and the core section, varying by cover thickness, is a variable which considers the strength in the compression-controlled region. Therefore, the cross section ratio does not have a large effect in the aspect of ductile behavior of the tension-controlled region, which is governed by bending moment rather than axial force. However, the equation of the design codes for calculating confining reinforcement amount does not directly consider ductile behavior, which is an important factor for the seismic behavior of bridge columns. Consequently, if the size of section is relatively small or if the section area ratio becomes excessively large due to the cover thickness increased for durability, too large an amount of confining reinforcement will be required possibly deteriorating the constructability and economy. Against this backdrop, in this study, comparison and analysis were performed to understand how the cover thickness influences the equation for calculating the amount of confining reinforcement. An equation for calculating the amount of confining reinforcement was also modified for reasonable seismic design and the safety. In addition, appropriateness of the modified equation was examined based on the results of various test results performed at home and abroad.
There is a great need for high-strength steel especially for the high-rise steel building structure. High-strength steels, however, may have mechanical properties that are significantly different from those of the conventional steels. The application of high-strength steels to building structures should be reviewed as to whether the inelastic behavior equivalent to that of conventional steels can be attained or not. In this study, SM570TMC steel was tested to evaluate buckling strength under axial compressive force. The comparison tests for local buckling strength evaluation of box-type and H-shaped welded columns were performed with variable width-thickness ratios. As for the experimental check, the maximum strength of stub column was determined by local buckling as far as the limit of width-to-thickness ratio was satisfied with current design codes. Also, the strength of the stub column did not decrease suddenly by local buckling before maximum strength even when the ratio is not satisfied. The buckling strength of SM570TMC steel was higher than both ASD (Allowable Stress Design) and LRFD (Load and Resistance Factor Design) specifications.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.6
no.1
s.19
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pp.55-63
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2006
Concrete-filled steel columns consist of circular, square or rectangular hollow sections filled concrete. Much research has studied for the behavior of concrete-filled steel structures. The advantages from structural point of view are the triaxial confinement of the concrete within the section, and the fire resistance of the column which largely depends on the residual capacity of the concrete core. The axial capacity of a concrete-filled rectangular or circular section is enhanced by the confining effect of the steel section on the concrete which depends in the magnitude on the shape of the section and the length of the column. Buckling tends to reduce the benefit of confinement on the squash load as the column slenderness increases. In circular sections it is possible to develop the cylinder strength of the concrete. When compare with reinforced concrete columns, the concrete-filled composite column possesses much better strength and ductility in shear and generally in flexure also. Many researches are being conducted about concrete filled steel column to get these advantages in building design. In this paper it is provided to the basic experimental study of compression behavior of the circular and rectangular tubular steel pipe filled with concrete.
Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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2018.06a
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pp.72-72
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2018
A dynamic fatigue characteristic of dental implant system has been evaluated with applying single axial compressive shear loading based on the ISO 14801 standard. For the advanced dynamic fatigue test, multi-directional force and motion needed to be accompanied for more information of mechanical properties as based on mastication in oral environment. In this study, we have prepared loading and motion protocol for the multi-directional fatigue test of dental implant system with single (Apical/Occlusal; AO), and additional mastication motion (Lingual/Facial; LF, Mesial/Distal; MD). As following the prepared protocol (with modification of ISO 14801), fatigue test was conducted to verify the worst case results for the development of highly stabilized dental implant system. Mechanical testing was performed using an universal testing machine (MTS Bionix 858, MN, USA) for static compression and single directional loading fatigue, while the multi-directional loading was performed with joint simulator (ADL-Force 5, MA, USA) under load control. Basically, all mechanical test was performed according to the ISO 14801:2016 standard. Static compression test was performed to identify the maximum fracture force with loading speed of 1.0 mm/min. A dynamic fatigue test was performed with 40 % value of maximum fracture force and 5 Hz loading frequency. A single directional fatigue test was performed with only apical/occlusal (AO) force application, while multi directional fatigue tests were applied $2^{\circ}$ of facial/lingual (FL) or mesial/distal (MD) movement. Fatigue failure cycles were entirely different between applying single-directional loading and multi-directional loading. As a comparison of these loading factor, the failure cycle was around 5 times lower than single-directional loading while applied multi-directional loading. Also, the displacement change with accumulated multi-directional fatigue cycles was higher than that of single directional cycles.
The stress dependence of ultrasonic wave velocity is known as the acoustoelastic effect. This effect is useful for stress monitoring if the acoustoelastic coefficient of a subject medium is known. The acoustoelastic coefficients of metallic materials such as steel have been studied widely. However, the acoustoelastic coefficient of concrete has not been well understood yet. Basic constituents of concrete are water, cement, and aggregates. The mix proportion of those constituents greatly affects many mechanical and physical properties of concrete and so does the acoustoelastic coefficient of concrete. In this study, influence of the water-cement ratio (w/c ratio) and the fine-coarse aggregates ratio (fa/ta ratio) on the acoustoelastic coefficient of concrete was investigated. The w/c and the fa/ta ratios are important parameters in mix design and affect wave behaviors in concrete. Load-controlled uni-axial compression tests were performed on concrete specimens. Ultrasonic wave measurements were also performed during the compression tests. The stretching coda wave interferometry method was used to obtain the relative velocity change of ultrasonic waves with respect to the stress level of the specimens. From the experimental results, it was found that the w/c ratio greatly affects the acoustoelastic coefficient while the fa/ta ratio does not. The acoustoelastic coefficient increased from $0.003073MPa^{-1}$ to $0.005553MPa^{-1}$ when the w/c ratio was increased from 0.4 to 0.5. On the other hand, the acoustoelastic coefficient changed in small from $0.003606MPa^{-1}$ to $0.003801MPa^{-1}$ when the fa/ta ratio was increased from 0.3 to 0.5. Finally, it was also found that the relative velocity change has a linear relationship with the stress level of concrete.
Chen, Changhong;Gong, He;Yao, Yao;Huang, Ying;Keer, Leon M.
Computers and Concrete
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v.21
no.3
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pp.335-344
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2018
More and more special-shaped structural systems have been widely used in various industrial and civil buildings in order to satisfy the new structural system and the increasing demand for architectural beauty. With the popularity of the special-shaped structure system, its seismic performance and damage form have also attracted extensive attention. In the current research, an experimental analysis of six groups of (2/3 scale) T-shaped column joints was conducted to investigate the seismic performance of T-shaped column joints. Effects of the beam cross section, transverse stirrup ratio and axial compression ratio on bearing capacity and energy dissipation capacity of column joints were obtained. The crack pattern of T-shaped column joints under low cyclic load was presented and showed a reversed "K" mode. According to the crack configurations, a tensile-shear failure model to determine the shear bearing capacity and crack propagation mechanisms is developed.
When the ultimate strength of a concrete flexural member is evaluated, the effect of member size is usually not considered. For various types of loading, however, the strength always decreases with the increment of member size. In this paper the size effect of a flexural compression member is investigated by experiments. For this purpose, a series of C-shaped specimens subjected to axial compressive load and bending moment was tested using three different sizes of specimens with a compressive strength of 528 kg/$cm^2$. According to test results the size effect on flexural compressive strength was apparent, and more distinct than that for uniaxial compressive strength of cylinders. Finally a model equation was derived using regression analyses with experimental data.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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