The objective of this paper is to report on a study of the use of unstiffened thin steel plate shear walls (SPSWs) for the seismic performance improvement of reinforced concrete frames with deficient lateral rigidity. The behaviour of reinforced concrete frames during seismic activities was rehabilitated with an alternative and occupant-friendly retrofitting scheme. The study involved tests of eight 1/3 scale, one bay, two storey test specimens under cyclic quasi-static lateral loadings. The first specimen, tested in previous test program, was a reference specimen, and in seven other specimens, steel infill plates were used to replace the conventional infill brick or the concrete panels. The identification of the load-deformation characteristics, the determination of the level of improvement in the overall strength, and the elastic post-buckling stiffness were the main issues investigated during the quasi-static test program. With the introduction of the SPSWs, it was observed that the strength, stiffness and energy absorption capacities were significantly improved. It was also observed that the experimental hysteresis curves were stable, and the composite systems showed excellent energy dissipation capacities due to the formation of a diagonal tension field action along with a diagonal compression buckling of the infill plates.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.15
no.1
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pp.49-56
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2011
The strengthening effect of CFRP sheet and AFRP sheet with buckling-restrained brace for Beam-Column joints under constant axial and cyclic lateral loading is evaluated experimentally in this paper. Six test specimens were constructed. The main test parameters included the FRP Sheet and Buckling-restrained braces. The results of the tests were analyzed by focusing on their mode of failure, maximum load, ductility indexes, and energy dissipation capacity. Test results indicated that CFRP Sheet with the buckling-restrained brace system significantly increased the strength and stiffness of the specimen and that it was the most adequate retrofitting method.
This study was conducted to investigate the residual bearing capacity of steel-concrete composite beams under high-cycle fatigue loading through experiments and theoretical analysis. Six test beams with stud connectors were designed and fabricated for static, complete fatigue, and partial fatigue tests. The failure modes and the degradation of several mechanical performance indicators of the composite beams under high-cycle fatigue loading were analyzed. A calculation method for the residual bearing capacity of the composite beams after certain quantities of cyclic loading cycles was established by introducing nonlinear fatigue damage models for concrete, steel beam, and shear connectors beginning with the material residual strength attenuation process. The results show that the failure mode of the composite beams under the given fatigue load appears to be primarily affected by the number of cycles. As the number of fatigue loadings increases, the failure mode transforms from mid-span concrete crushing to stud cutting. The bearing capacity of a 3.0-m span composite beam after two million fatigue cycles is degraded by 30.7% due to premature failure of the stud. The calculated values of the residual bearing capacity method of the composite beam established in this paper agree well with the test values, which indicates that the model is feasibly applicable.
The amount and configuration of transverse reinforcement are known as critical parameters that significantly affect the lateral confinement of concrete, the ductility capacity, and the plastic hinge length of RC columns. Based on test results, this study investigated the effect of the three variables on structural indexes such as neutral axis depth, lateral expansion of concrete, and ductility capacity. Five reinforced concrete column specimens were tested under cyclic flexure and shear while simultaneously subjected to a constant axial load. The columns were reinforced by two types of reinforcing steel: rectangular hoops and spiral type reinforcing bars. The variables in the test program were the shape, diameter, and yield strength of transverse reinforcement. The interactive influence of the amount of transverse reinforcement on the structural indexes was evaluated. Test results showed that when amounts of transverse reinforcement were similar, and yield strength of transverse reinforcement was 600 MPa or less, the neutral axis depth of a column with spiral type reinforcing bars was reduced by 28% compared with that of a column reinforced by existing rectangular hoops at peak strength. While the diagonal elements of spiral-type reinforcing bars significantly contributed to the lateral confinement of concrete, the strain of diagonal elements decreased with increases of their yield strength. It was confirmed that shapes of transverse reinforcement significantly affected the lateral confinement of concrete adjacent to plastic hinges. Transverse reinforcement with a yield strength exceeding 600 MPa, however, increased the neutral axis depth of normal-strength concrete columns at peak strength, resulting in reductions in ductility and energy dissipation capacity.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.3
no.3
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pp.21-32
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1999
A ground motion resulting from the destructive earthquakes can subject reinforced concrete members to very large forces. The reinforced concrete shear walls are designed as earthquake-resistant members of building structure in order to prevent severe damage due to the ground motions. The current research activities on seismic behavior of reinforced concrete member under ground motions have been limited to the shaking table test or equivalent static cyclic test and the obtained results have been summarized and proposed for the seismic design retrofit of structural columns or shear walls. The present study predicted the seismic response and failure behavior of reinforced concrete shear wall subjected to base acceleration using the finite element method. A decrease in strength and stiffness, yielding of reinforcing bar, and repetition of crack closing and opening due to seismic load with cyclic nature are accompanied by the crack which is necessarily expected to take place in concrete member. In this study the nonlinear material models for concrete and reinforcing bar based on biaxial stress field and algorithm of dynamic analysis were combined to construct the analytical program using the finite element method. The analytical seismic response and failure behaviors of reinforced concrete shear wall subjected to several base accelerations were compared with reliable experimental result.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.22
no.2
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pp.141-147
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2018
In this study, a cyclic loading test was carried out for a reinforced concrete frame installed a TS(tension-spring) damper for the purpose of verifying the seismic strengthening effect of the TS seismic reinforcing method. The test specimens are four specimens of non - reinforced frame and three reinforced frame specimens. Experimental parameters are Shape of damper and construction method of damper. As a result, the construction method of inserting type inside window was twice as much in terms of strength and stiffness, and the method of externally attached type showed a performance improvement of about 2 times in terms of energy dissipation. From these results, it can be confirmed that the TS seismic reinforcing method is a superior method for field application and seismic strengthening.
Kim, Jungho;Kang, Soo-Chang;Kim, Jin-Kook;Song, Junho
Steel and Composite Structures
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v.38
no.2
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pp.151-164
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2021
During the pipe forming process, a steel plate undergoes inelastic behavior multiple times under a load condition repeating tension and compression in the circumferential direction. It derives local reduction or increase of yield strength within the thickness of steel pipes by the plastic hardening and Bauschinger effect. In this study, a combined hardening model is proposed to effectively predict variations of yield strength in the circumferential direction of API-X65 and X70 steel pipes with relatively low t/D ratio during the forming process, which is expected to experience accumulated plastic strain of 2~3%, the typical Lüder band range in a low-carbon steel. Cyclic tensile tests of API-X65 and X70 steels were performed, and the parameters of the proposed model for the steels were calibrated using the test results. Bending-flattening tests to simulate repeated tension and compression during pipe forming were followed for API-X65 and X70 steels, and the results were compared with those by the proposed model and Zou et al. (2016), in order to verify the process of material model calibration based on tension-compression cyclic test, and the accuracy of the proposed model. Finally, parametric analysis for the yield strength of the steel plate in the circumferential direction of UOE pipe was conducted to investigate the effects of t/D and expansion ratios after O-forming on the yield strength. The results confirmed that the model by Zou et al. (2016) underestimated the yield strength of steel pipe with relatively low t/D ratio, and the parametric analysis showed that the t/D and expansion ratio have a significant impact on the strength of steel pipe.
Wei Zhou;Tian-shun Hou;Yan Yang;Yu-xin Niu;Ya-sheng Luo;Cheng Yang
Geomechanics and Engineering
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v.34
no.5
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pp.577-595
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2023
A dynamic triaxial discrete element numerical model of lightweight soil was established using the discrete element method to study the microscopic mechanism of expanded polystyrene (EPS) particles in the soil under cyclic loading. The microscopic parameters of the discrete element model of the lightweight soil were calibrated depending on the dynamic triaxial test hysteresis curves. Based on the calibration results, the effects of the EPS particles volume ratio and amplitude on the contact force, displacement field, and velocity field of the lightweight soil under different accumulated strains were studied. The results showed that the hysteresis curves of lightweight soil exhibit nonlinearity, hysteresis, and strain accumulation. The strain accumulated in remolded soil is mainly tensile strain, and that in lightweight soil is mainly compressive strain. As the volume ratio of EPS particles increased, the contact force first increased and then decreased, and the displacement and velocity of the particles increased accordingly. With an increase in amplitude, the dynamic stress of the particle system increased, and the accumulation rate of the dynamic strain of the samples also increased. At 5% compressive strain, the contact force of the particles changed significantly and the number of particles deflected in the direction of velocity also increased considerably. These results indicated that the cemented structure of the lightweight soil began to fail at a compressive strain of 5%. Thus, a compressive strain of 5% is more reasonable than the dynamic strength failure standard of lightweight soil.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.11
no.4
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pp.99-108
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2007
In the flat-plate slab design of the KCI and ACI building code, the punching shear strength of connections with shear reinforcement can increase one and half times to that of connections without shear reinforcement. And the ACI-ASCE committee 352 recommendations propose limiting the direct shear ratio $V_g$/$V_c$ on interior connections to 0.4 to insure adequate drift capacity. In this study, four interior column-slab connections were tested to look into the punching shear strength and the lateral displacement capacity of the flat-plate slab with and without shear reinforcement under cyclic lateral loading. Based on the test results, it is found that the provision about punching shear strength in the codes may appropriate for the gravity loading only whereas it is unconservative for the lateral loading and that the limit of ACI-ASCE committee 352 appears conservative.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.3
no.2
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pp.41-54
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1999
Because of relatively heavy dead weight of concrete itself and unavoidable heat of massive concrete in bridge piers, circular hollow columns are widely used in Korean highway bridges. Since the occurrence of 1995 Kobe earthquake, there have been much concerns about seismic design for various infrastructures, inclusive of bridge structures. It is, however, understood that there are not much research works for nonlinear behavior of circular hollow columns subjected to eqrthquake motions. The objective of this experimental research is to investigate nonlinear behavior of circular hollow reinforced concrete bridge piers under the quasi-static cyclic load, and then to enhance their ductility by strengthening the plastic hinge region with glassfiber sheets. Particularly for this test, constant 10 cyclic loads have been repeatedly actuated to investigate the magnitude of strength degradation for the displacement ductility factor. Important test parameters are seismic design, confinement steel ratio, axial force and load pattern. It is observed from quasi-static tests for 7 bridge piers that the seismically designed columns and the retrofitted columns show better performance than the nonseismically designed colums, i.e. about 20% higher for energy dissipation capacity and about 70% higher for curvatures.
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