In the present study, an innovative steel bracket and haunch hybrid scheme is devised, for retrofitting of earthquake damaged deficient beam-column sub-assemblages. Formulations are presented for evaluating haunch force factor under combined load case of lateral and gravity loads for the design of double haunch retrofit. The strength hierarchies of control and retrofitted beam-column sub-assemblages are established to showcase the efficacy of the retrofit in reversing the undesirable strength hierarchy. Further, the efficacy of the proposed retrofit scheme is demonstrated through experimental investigations carried out on gravity load designed (GLD), non-ductile and ductile detailed beam-column sub-assemblages which were damaged under reverse cyclic loading. The maximum load carried by repaired and retrofitted GLD specimen in positive and negative cycle is 12% and 28% respectively higher than that of the control GLD specimen. Further, the retrofitted GLD specimen sustained load up to drift ratio of 5.88% compared with 2.94% drift sustained by control GLD specimen. Repaired and retrofitted non-ductile specimen, could attain the displacement ductility of three during positive cycle of loading and showed improved ductility well above the expected displacement ductility of three during negative cycle. The hybrid haunch retrofit restored the load carrying capacity of damaged ductile specimen to the original level of control specimen and improved the ductility closer to the expected displacement ductility of five. The total cumulative energy dissipated by repaired and retrofitted GLD, non-ductile and ductile specimens are respectively 6.5 times, 2.31 times, 1.21 times that of the corresponding undamaged control specimens. Further, the damage indices of the repaired and retrofitted specimens are found to be lower than that of the corresponding control specimens. The novel and innovative steel bracket and haunch hybrid retrofit scheme proposed in the present study demonstrated its effectiveness by attaining the required displacement ductility and load carrying capacity and would be an excellent candidate for post-earthquake retrofit of damaged existing RC structures designed according to different design evolutions.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.3
no.1
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pp.51-62
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2001
In-situ stress measurement using AE (Acoustic Emission) and DRA (Deformation Rate Analysis) is usually carried out under uniaxial loading in the laboratory and it consumes delay time from drilling to testing. Therefore, it should be considered how the lateral stress and delay time influence on the test results for the in-situ stress determination. As the delay time increased, the accuracy of estimating the pre-stress decreased. The pre-stress of the specimen loaded only axially was determined within an error of less than 9% (using AE) and 4% (using DRA). And the specimen on which axial pre-stress and the confining pressure were loaded had an error of less than 17% (using AE) and 14% (using DRA). The results of AE and DRA for field specimens were very similar with each other but smaller than those of hydraulic fracturing method.
This study examines the two-level behavior of the toggle brace damper within a steel frame having a yielding pipe damper and rotational friction damper. The proposed system has two kinds of fuse for energy dissipation in two stages. In this mechanism, rotational friction damper rather than hinged connection is used in toggle brace system, connected to a pipe damper with a limited gap. In order to create a gap, bolted connection with the slotted hole is used, such that first a specific movement of the rotational friction damper solely is engaged but with an increase in movement, the yielding damper is also involved. The performance of the system is such that at the beginning of loading the rotational friction damper, as the first fuse, absorbs energy and with increasing the input load and further movement of the frame, yielding damper as the second fuse, along with rotational friction damper would dissipate the input energy. The models created by ABAQUS are subjected to cyclic and seismic loading. Considering the results obtained, the flexibility of the hybrid two-level system is more comparable to the conventional toggle brace damper. Moreover, this system sustains longer lateral displacements. The energy dissipation of these two systems is modeled in multi-story frames in SAP2000 software and their performance is analyzed using time-history analysis. According to the results, permanent relocations of the roof in the two-level system, in comparison with toggle brace damper system in 2, 5, and 8-story building frames, in average, decrease by 15, 55, and 37% respectively. This amount in a 5-story building frame under the earthquakes with one-third scale decreases by 64%.
Park, Hong-Gun;Lee, Jae-Hoon;Shin, Hyun-Mock;Baek, Jang-Woon
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.25
no.6
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pp.601-612
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2013
In the construction of nuclear power plants using massive walls, the use of high-strength re-bars for shear design is necessary to enhance the constructability and economy. In this study, low-rise walls (aspect ratio of 1.0) with grade 550 MPa bars were tested under cyclic loading to investigate the shear capacity and deformation capacity. The test parameters were the grade of horizontal re-bars (550 MPa, 420 MPa), strength of concrete compressive strength (46 MPa, 70 MPa), horizontal/vertical reinforcement ratio, use of lateral confinement hoops, shape of cross section, and failure modes (shear failure before or after flexural yielding). The test results were compared with those of walls with grade 420 MPa bars and predicted strength by current design codes. The results showed that the shear strength of the walls with 550 MPa bars was comparable to that of the walls with 420 MPa bars though the safe margin slightly decreased. ACI 349 provides underestimated shear strength for the walls with 550 MPa bars. In case of the wall with flexural yielding, a large deformation capacity was achieved. This result indicates that the ACI 349 provisions can be safely applied to seismic design of the low-rise walls (aspect ratio of 1.0) with grade 550 MPa bars.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.21
no.6
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pp.440-447
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2020
Masonry structures are used as bearing walls in small buildings, but they are generally considered non-bearing walls. They are used as partition walls that divide the interior spaces of the frame structures of buildings. In addition, wetting techniques that use mortar as an adhesive between blocks or bricks in construction are vulnerable to climatic conditions, especially cracks in mortar, which can cause conduction collapse of the walls in seismic loading. The purpose of this research was to propose a dry concrete block construction method that complements the weak axial shear stiffness and improves the weakness of the wet construction method as well as to investigate its structural behavior. In this study, the material properties of concrete blocks were examined, and the seismic performance of the proposed dry assembly structure was verified by structural behavior tests on horizontal cyclic loads. First, in these study results, concrete blocks can be applied to the dry block construction method instead of wet construction methods because they secure more than C-type blocks in KS regulations. Second, the structural performance of the wall against a horizontal cyclic load indicates that the resisting force of the assembly block wall is increased by increasing the horizontal length of the wall, forming several diagonal cracks. Finally, the proposed dry block wall structure requires a seismic performance assessment considering that the ratio of the shape of the wall by height and length is considered a major influence variable on the structural behavior under a horizontal load.
Ha, Tae Hyu;Cho, Bong-Ho;Kim, Tae Hyeong;Lee, Doo Yong;Eom, Tae Sung
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.25
no.5
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pp.519-530
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2013
Cyclic tests on modular building units for low-rise buildings composed of stud panels and a light-weight steel perimeter frame, were performed to evaluate the earthquake resistance such as stiffness, load-carrying capacity, ductility, and energy dissipation per load cycle. The strap-braced and sheeted stud panels were used as the primary lateral load-resistant element of the modular building units. Test results showed that the modular building units using the strap-braced and sheeted stud panels exhibited excellent post-yield ductile behaviors. The maximum drift ratios were greater than 5.37% and the displacement ductility ratios were greater than 5.76. However, the energy dissipation per load cycle was poor due to severe pinching during cyclic loading. Nominal strength, stiffness, and yield displacement of the modular building units were predicted based on plastic mechanisms. The predictions reasonably and conservatively correlated with the test results. However, the elastic stiffness of the strap-braced stud panel was significantly overestimated. For conservative design, the elastic stiffness of the strap-braced stud panel needs be decreased to 50% of the nominal value.
Statement of problem: Problems such as loosening and fractures of retained screws and fracture of implant fixture have been frequently reported in implant prosthesis. Purpose: Implant has weak mechanical properties against lateral loading compared to vertical occlusal loading, and therefore, stress analysis of implant fixture depending on its material and geometric features is needed. Material and methods: Total 28 of external hexed implants were divided into 7 of 4 groups; Group A (3i, FULL $OSSEOTITE^{(R)}$Implant), Group B (Nobelbiocare, $Br{\aa}nemark$$System^{(R)}$Mk III Groovy RP), Group C (Neobiotec, $SinusQuick^{TM}$ EB), Group D (Osstem, US-II). The type III gold alloy prostheses were fabricated using adequate UCLA gold abutments. Fixture, abutment screw, and abutment were connected and cross-sectioned vertically. Hardness test was conducted using MXT-$\alpha$. For fatigue fracture test, with MTS 810, the specimens were loaded to the extent of 60-600 N until fracture occurred. The fracture pattern of abutment screw and fixture was observed under scanning electron microscope. A comparative study of stress distribution and fracture area of abutment screw and fixture was carried out through finite element analysis Results: 1. In Vicker's hardness test of abutment screw, the highest value was measured in group A and lowest value was measured in group D. 2. In all implant groups, implant fixture fractures occurred mainly at the 3-4th fixture thread valley where tensile stress was concentrated. When the fatigue life was compared, significant difference was found between the group A, B, C and D (P<.05). 3. The fracture patterns of group B and group D showed complex failure type, a fracture behavior including transverse and longitudinal failure patterns in both fixture and abutment screw. In Group A and C, however, the transverse failure of fixture was only observed. 4. The finite element analysis infers that a fatigue crack started at the fixture surface. Conclusion: The maximum tensile stress was found in the implant fixture at the level of cortical bone. The fatigue fracture occurred when the dead space of implant fixture coincides with jig surface where the maximum tensile stress was generated. To increase implant durability, prevention of surrounding bone resorption is important. However, if the bone resorption progresses to the level of dead space, the frequency of implant fracture would increase. Thus, proper management is needed.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.13
no.5
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pp.482-490
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2013
Although the flat plate system is an efficient structural type due to the simplicity of its construction, the low story height, and the various plan design, the slab-column connections are vulnerable to punching shear failure from gravity load and eccentric shear failure from lateral load. To prevent the structure collapse, various construction methods of slab-column connection reinforcement are developed but none of these satisfies all of structural performance, economics, and constructability. This paper presents the reinforcement of slab-column connection with lattice bars. The structural performance is confirmed with the interior slab-column connection tests subjected to cyclic loading, and the economic feasibility is demonstrated from the structural design under the same condition with lattice bars, stud rails, and stirrups.
In steel framed-tube structures (SFTSs), the plastic hinges at beam-ends cannot be adequately improved because of the large cross sections of spandrel beams, which results in the lower ductility and energy dissipation capacities of traditional SFTSs. To address this drawback, high-strength steel fabricated SFTSs with bolted web-connected replaceable shear links (HSFTS-SLs) have been proposed. In this system, shear links use conventional steel and are placed in the middle of the deep spandrel beams to act as energy dissipative components. In this study, 2/3-scaled HSFTS-SL specimens were fabricated, and cyclic loading tests were carried out to study the seismic performance of both specimens. The finite element models (FEMs) of the two specimens were established and the numerical results were compared with the test results. The results showed that the specimens had good ductility and energy dissipation capacities due to the reliable deformation capacities. The specimens presented the expected failure modes. Using a shorter shear link can provide a higher load-carrying capacity and initial elastic lateral stiffness but induces lower ductility and energy dissipation capacity in HSFTS-SLs. The performance of the specimens was comparable to that of the original sub-structure specimens after replacing shear links. Additionally, the expected post-earthquake recoverability and resilience of the structures could be achieved by replacing shear links. The acceptable residual interstory drift that allows for easy replacement of the bolted web-connected shear link was 0.23%. The bolted web-connected shear links had reliable hysteretic responses and deformation capacities. The connection rotation had a notable contribution to total link rotation. The results of the numerical analysis run for the proposed FEMs were consistent with the test results. It showed that the proposed FEMs could be used to investigate the seismic performance of the HSFTS-SL.
ACI 318 (1999) defines three types of moment frames: Ordinary Moment Resisting Concrete Frame (OMRCF), Intermediate Moment Resisting Concrete Frame (IMRCF), and Special Moment Resisting Concrete Frame (SMRCF). OMRCF is the most popular type of moment frame in mild seismic zones that requires the least detail and design requirements. This study focuses on the seismic performance of Ordinary Moment Resisting Concrete Frames (OMRCF) designed only for gravity loads. For this purpose a 3-story OMRCF was designed in compliance with the minimum design requirements in ACI 318 (1999). An one third 3 story specimen was made and tested. For scaled model, the similitude law of true replica was applied. The specimen was loaded with quasi-static reversed cyclic lateral loading. The overall behavior of OMRCF is quite stable without abrupt strength degradation. It is found that tested frame has the base shear strength larger than the design base shear for seismic zone 1, 2A and 2B calculated using UBC 1997.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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