To study seismic performance of steel frame-bent structure, one specimen with one-tenth scale, three-bay, and five-story was tested under reversed cyclic lateral load. The entire loading process and failure mode were observed, and the seismic performance indexes including hysteretic loops, skeleton curve, ductility, load bearing capacity, drift ratio, energy dissipation capacity and stiffness degradation were analyzed. The results show that the steel frame-bent structure has good seismic performance. And the ductility and the energy dissipation capacity were good, the hysteresis loops were in spindle shape, which shape were full and had larger area. The ultimate elastic-plastic drift ratio is larger than the limit value specified by seismic code, showing the high capacity of collapse resistance. It can be helpful to design this kind of structure in high-risk seismic zone.
Reinforced concrete (RC) shear walls are one of the most commonly used lateral-load resisting systems in high-rise buildings. RC Parallel redundancy walls studied herein consist of two parts nested to each other. These two parts have different mechanical behaviors and energy dissipation mechanisms. In this paper, experimental studies of four 1/2-scale specimens representing this concept, which are subjected to in-plane cyclic loading, are presented and test results are discussed. Two specimens consist of a wall frame with barbell-shaped walls embedded in it, and the other two consist of a wall frame and braced walls nested each other. The research mainly focuses on the failure mechanism, strength, hysteresis loop, energy dissipation capacity and stiffness of these walls. Results show that the RC parallel redundancy wall is an efficient lateral load resisting component that acts as a "dual" system with good ductility and energy dissipation capacity. One main part absorbs a greater degree of the energy exerted by an earthquake and fails first, whereas the other part can still behave as an independent role in bearing loads after earthquakes.
The imperfect steel-concrete interface bonding is an important deficiency of the concrete-filled double skin tubular (CFDST) columns that led to separating concrete and steel surfaces under lateral loads and triggering buckling failure of the columns. To improve this issue, it is proposed in this study to use longitudinal and transverse steel stiffeners in CFDST columns. CFDST columns with different patterns of stiffeners embedded in the interior or exterior surfaces of the inner or outer tubes were analyzed under constant axial force and reversed cyclic loading. In the finite element modeling, the confinement effects of both inner and outer tubes on the compressive strength of concrete as well as the effect of discrete crack for concrete fracture were incorporated which give a realistic prediction of the seismic behavior of CFDST columns. Lateral strength, stiffness, ductility and energy absorption are evaluated based on the hysteresis loops. The results indicated that the stiffeners had determinant role on improving pinching behavior resulting from the outer tube's local buckling and opening/closing of the major tensile crack of concrete. The lateral strength, initial stiffness and energy absorption capacity of longitudinally stiffened columns with fixed-free end condition were increased by as much as 17%, 20% and 70%, respectively. The energy dissipation was accentuated up to 107% for fixed-guided end condition. The use of transverse stiffeners at the base of columns increased energy dissipation up to 35%. Axial load ratio, hollow ratio and concrete strength affecting the initial stiffness and lateral strength, had negligible effect of the energy dissipation of the columns. It was also found that the longitudinal stiffeners and transverse stiffeners have, respectively, negative and positive effects on ductility of CFDST columns. The conclusions, drawn from this study, can in turn, lead to the suggestion of some guidelines for the design of CFDST columns.
The results of a series of ten W-shaped test specimens subjected to monotonic, quasi-static cyclic loading and fatigue type of loading in the form of constant amplitude tests are presented. The objectives were to assess and compare the rotation capacity and energy absorption of monotonically and cyclically loaded beams, and for the latter specimens to document the deterioration in the form of low cycle fatigue due to local buckling. In addition, strength and energy dissipation deterioration and damage models have been developed for the steel beam section under consideration. Finally, a generalized model which uses plate slenderness values and lateral slenderness is proposed for predicting rate in strength deterioration per reversal and cumulated damage after a given number of reversals.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2005.05a
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pp.59-62
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2005
Seven columns laterally reinforced with either mechanically anchored crossties or conventional crossties under cyclic loading are tested. 4 columns are specimens for flexural strength and 3 columns are for shear strength. Main variable is anchorage types of crossties. Conventional hooks, 180$^{\circ}$ standard hook-mechanical anchorage and all mechanical anchorage type are used. The specimens are tested under 10$\%$ axial load of nominal axial capacity of the columns combined with increasing lateral load. From the flexure test, it is found that columns with mechanical anchorages exhibit superior performance in terms of ductility and energy dissipation. The crossties with mechanical anchorages reduce buckling length of longitudinal rebar. From the shear test, it is found that. 3 specimens exhibit almost the same strength, displacement, and shear failure mode at ductility factor =2.
Ji, Xiaodong;Zhang, Mingliang;Kang, Hongzhen;Qian, Jiaru;Hu, Hongsong
Earthquakes and Structures
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v.7
no.2
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pp.179-199
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2014
The steel tube-reinforced concrete (ST-RC) composite column is a novel type of composite column, consisting of a steel tube embedded in reinforced concrete. The objective of this paper is to investigate the effect of cumulative damage on the seismic behavior of ST-RC columns through experimental testing. Six large-scale ST-RC column specimens were subjected to high axial forces and cyclic lateral loading. The specimens included two groups, where Group I had a higher amount of transverse reinforcement than Group II. The test results indicate that all specimens failed in a flexural mode, characterized by buckling and yielding of longitudinal rebars, failure of transverse rebars, compressive crushing of concrete, and steel tube buckling at the base of the columns. The number of loading cycles was found to have minimal effect on the strength capacity of the specimens. The number of loading cycles had limited effect on the deformation capacity for the Group I specimens, while an obvious effect on the deformation capacity for the Group II specimens was observed. The Group I specimen showed significantly larger deformation and energy dissipation capacities than the corresponding Group II specimen, for the case where the lateral cyclic loads were repeated ten cycles at each drift level. The ultimate displacement of the Group I specimen was 25% larger than that of the Group II counterpart, and the cumulative energy dissipated by the former was 2.8 times that of the latter. Based on the test results, recommendations are made for the amount of transverse reinforcement required in seismic design of ST-RC columns for ensuring adequate deformation capacity.
This paper presents a hypoplastic model for three-dimensional analysis of concrete structures under monotonic, cyclic, proportional and non-proportional loading. The constitutive model is based on the concept of equivalent uniaxial strains that allows the assumed orthotropic model to be described via three equivalent uniaxial stress-strain curves. The characteristics of these curves are obtained from the ultimate strength surface in the principal stress space based on the Willam-Warnke curve. A cap model is added to consider loading along or near the hydrostatic axis. The equivalent uniaxial curve is based on the Popovics and Saenz models. The post-peak behavior is adjusted to account for the effects of confinement and to describe the change in response from brittle to ductile as the lateral confinement increases. Correlation studies with available experimental tests are presented to demonstrate the model performance. Tests with monotonic loading on specimens under constant lateral confinement are considered first, followed by biaxial and triaxial tests with cyclic loads. The triaxial test example considers non-proportional loading.
Of the various methods of splicing reinforcing bar in reinforced concrete structure, mortar-filled sleeve reinforcement splice offers diverse benefits, not only in terms of structural performance but also for the construction process. Consequently, after the mortar-filled sleeve splices have been developed in recent years, research and development on these splices has been actively carried out, in order to evaluate its macro structural performance, such as its strength and stiffness, with the aim of enabling this system to be applied to construction in the field as early as possible. However, to make a proper evaluation on the overall structural performance of the mortar-filled sleeve reinforcing bar splice, it is of critical importance to understand the lateral confining action of the sleeve, which is known to affect the bond strength between the embedded bar and mortar in the sleeve. Accordingly, in this study, an experiment of monotonic loading and cyclic loading was conducted with a full-sized mortar-filled sleeve splice attaching strain gauges on the sleeve surface with experimental variables such as development length of bar, etc. Based on the test results, the effect of the lateral confining action of the sleeve was analyzed and considered in terms of the bond strength between the bar and mortar in this splice.
This study aims at investigating the hysteretic performance of a novel composite wall panel fabricated by infilling aerated concrete blocks into a novel light-steel frame used for low-rise residential buildings. The novel light-steel frame is consisted of two thin-wall rectangular hollow section columns and a truss-beam assembled using patented U-shape connectors. Two bare light-steel frames and two composite wall panels have been tested to failure under horizontal cyclic loading. Hysteretic curves, lateral resistance and stiffness of four specimens have been investigated and analyzed. Based on the testing results, it is found that the masonry infill can significantly increase the lateral resistance and stiffness of the novel light-steel frame, about 2.3~3 and 21.2~31.5 times, respectively. Failure mode of the light-steel frame is local yielding of the column. For the composite wall panel, firstly, masonry infill is crushed, subsequently, local yielding may occur at the column if loading continues. Hysteretic curve of the composite wall panel obtained is not plump, implying a poor energy dissipation capacity. However, the light-steel frame of the composite wall panel can dissipate more energy after the masonry infill is crushed. Therefore, the composite wall panel has a much higher energy dissipation capacity compared to the bare light-steel frame.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2005
To overcome the drawbacks of conventional load-control method and displacement-control method, the so-called volume-control method was developed by utilizing a pressure node added into a layered shell element. The pressure node has an increment of pressure as an additional degree of freedom of the shell element. In this study, the hollow RC columns are discretized with multi-layered shell elements and a modeling technique utilizing the volume-control analysis for various hollow RC column structures is introduced. The results of the nonlinear analysis using the modeling for hollow RC columns subjected to lateral reversed cyclic loading as well as lateral loading under compression are shown. Validity of the modeling technique is also verified by comparing the analysis results with experimental results and other analysis data.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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