A finite element analysis (FEA) model is established to investigate the concrete-encased concrete-filled steel tubular (CFST) column to reinforced concrete (RC) beam joints under cyclic loading. The feasibility of the FEA model is verified by a set of test results, consisting of the failure modes, the exposed view of connections, the crack distributions and development, and the hysteretic relationships. The full-range analysis is conducted to investigate the stress and strain development process in the composite joint by using this FEA model. The internal force distributions of different components, as well as the deformation distributions, are analyzed under different failure modes. The proposed connections are investigated under dimensional and material parameters, and the proper constructional details of the connections are recommended. Parameters of the beam-column joints, including material strength, confinement factor, reinforcement ratio, diameter of steel tube to sectional width ratio, beam to column linear bending stiffness ratio and beam shear span ratio are evaluated. Furthermore, the key parameters affecting the failure modes and the corresponding parameters ranges are proposed in this paper.
Sokoli, Drit;Shekarchi, William;Buenrostro, Eliud;Ghannoum, Wassim M.
Earthquakes and Structures
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v.7
no.5
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pp.609-626
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2014
The capabilities of a high-resolution Digital Image Correlation (DIC) system are presented within the context of deformation measurements of full-scale concrete columns tested under reversed cyclic loading. The system was developed to have very high-resolution such that material strains on the order of the cracking stain of concrete could be measured on the surface of full-scale structural members. The high-resolution DIC system allows the measurement of a wide range of deformations and strains that could only be inferred or assumed previously. The DIC system is able to resolve the full profiles of member curvatures, rotations, plasticity spread, shear deformations, and bar-slip induced rotations. The system allows for automatic and objective measurement of crack widths and other damage indices that are indicative of cumulated damage and required repair time and cost. DIC damage measures contrast prevailing proxy damage indices based on member force-deformation data and subjective damage measures obtained using visual inspection. Data derived from high-resolution DIC systems is shown to be of great use in advancing the state of behavioral knowledge, calibrating behavioral and analytical models, and improving simulation accuracy.
This paper presents an experimental study on damage evolution laws of solid-web steel reinforced concrete (SRC) T-shaped columns along the direction of the web under various loadings. Ten specimens with a scale ratio of 1/2 and a shear span ratio of 2.5 were designed and fabricated. The influences of various parameters, including the axial compression ratio, steel ratio, and loading mode, were examined. The mechanical performances including load-displacement curve and energy dissipation capacity under the monotonic and low cyclic loadings were analyzed. Compared with the monotonic loading, bearing capacity, ultimate deformation capacity, and energy dissipation capacity of the specimens decrease to some extent with the increase of the displacement amplitude and the number of loading cycle. The results show that the damage process of the SRC T-shaped column can be divided into five stages, namely non-damage, slight-damage, steadily-developing-damage, severe-damage and complete-damage. Finally, based on the Park-Ang model, a modified nonlinear damage model which combines the maximum deformation with hysteretic energy dissipation is proposed by taking into account the dynamic influence of the aforementioned parameters. The results show that the modified model in this paper is more accurate than Park-Ang model and can better describe the damage evolution of SRC T-shaped columns.
Traffic decks of steel or composite motorway bridges sometimes provide the opportunity of using the composite action between an existing steel deck and a reinforced concrete plate (RC plate) in the process of rehabilitation, i.e., to increase the load-carrying capacity of the deck for concentrated traffic loads. The steel decks may be orthotropic decks or also unstiffened steel plates, which during the rehabilitation are connected with the RC plate by shear studs, such developing an improved local load distribution by the joint behaviour of the two plate elements. Investigations carried out, both experimentally and numerically, were performed in order to quantitatively assess the combined static behaviour and to qualitatively verify the usability of the structure for dynamic loading. The paper reports on the testing, the numerical simulation as well as the comparison of the results. Conclusions drawn for practical design indicated that the static behaviour of these structures may be very efficient and can also be analysed numerically. Further, the results gave evidence of a highly robust behaviour under fatigue equivalent cyclic traffic loading.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2006.11a
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pp.137-140
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2006
In this study, a seismic performance of reinforced concrete columns strengthened by a sprayed fiber reinforced polymer (SFRP) is investigated. For this purpose, six column specimens approximately scaled into 2/3, are designed and tested under a constant axial load, 10% of the nominal axial strength of column, and pseudo-static reversed cyclic lateral loading system. Four specimens are strengthened by Sprayed FRP using different combinations of short fibers (carbon or glass fiber) and resins (epoxy or vinyl esther). For comparison, the test investigated in this study also includes a specimen strengthened using carbon fiber reinforced polymer (CFRP), and also a control specimen without strengthening. The results revealed that specimens strengthened using SFRP showed a improved structure behavior, compared to control specimen, in terms of strength, ductility, lateral drift capacity, and energy-absorbtion capacity. In addition, compared to the specimen strengthened using CFRP, Sprayed FRP-strengthened specimens reasonably showed a equivalent seismic performance.
When strong seismic forces act on reinforced concrete structures, their beam-column connections are very susceptible to damage during the earthquake event. The aim of this numerical work is to evaluate the influence of the internal steel reinforcement array on the nonlinear response of a RC beam-column connection when it is subjected to strong cyclic loading -as a seismic load. For this, two specimens (extracted from an experimental test of 12 RC beam-column connections reported in literature) were modeled in the Finite Element code FEAP considering different stirrup's arrays. In order to evaluate the nonlinear response of the RC beam-column connection, the 2D model takes into account the nonlinear thermodynamic behavior of each component: for concrete, a damage model is used; for steel reinforcement, it is adopted a classical plasticity model; in the case of the steel-concrete bonding, this one is considered perfect without degradation. At the end, we show a comparison between the experimental test's responses and the numerical results, which includes the distribution of shear stresses and damage inside the concrete core of the beam-column connection; in the other hand, the effects on the connection of a low and high state of confinement are analyzed for all cases.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2003.09a
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pp.263-270
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2003
Before the implementation of the 1992 seismic design provisions in Korea, longitudinal steels of RC bridge piers were practically lap-spliced in the plastic hinge region. Experimental investigation was made to evaluate the seismic performance of RC bridge pier specimens in a flexure/shear mode. Six circular test specimens in an aspect ratio of 2.5 (600mm in diameter) were made with test parameters confinement ratio, lap splices, and retrofit FRP materials. They were damaged under a series of artificial earthquakes with 0.22g PGA, being compatible in Korean peninsula, through the pseudo-dynamic test. Probable damages were assessed by the Park and Ang damage index. Approximate 0.1 and 0.3 damage indices were obtained for RC specimens without lap splice and with lap splice, respectively. Directly after the pseudo-dynamic test, damaged test columns were laterally actuated under inelastic reversal cyclic loadings simultaneously under a constant axial load. Through curvature measurements, residual seismic performance was evaluated for test specimens. Test results show that RC pier specimens with lap-spliced appeared to fail at low ductility, but significant improvement was obtained for the ductility of these specimens if externally wrapped with FRP.
Most of the recent studies have improved the efficiency of FRP jackets for increasing the compressive strength, shear strength, and ductility of reinforced concrete columns; however, the influence of FRP jackets on the flexural capacity is slight. Although new methods such as NSM (near surface mounted) are utilized to solve this problem, yet practical difficulties, behavior dependency on adhesives, and brittle failure necessitate finding better methods. This paper presents the results of an experimental study on the application of fiber-reinforced polymer fastened mechanically to the concrete columns to improve the flexural capacity of RC columns. For this purpose, mechanical fasteners were used to achieve the composite behavior of FRP and concrete columns. The experimental program included five reinforced concrete columns retrofitted by different methods using FRP subjected to constant axial compression and lateral cyclic loading. The experimental results showed that the use of the new method proposed in this paper increased the flexural strength and lateral load capacity of the columns significantly, and good composite action of FRP and RC column was achieved. Moreover, the experimental results were compared with the results obtained from the analytical study based on strain compatibility, and good proximity was reached.
Modular construction has been increasingly used for mid-to-high rise buildings attributable to the high construction speed, improved quality and low environmental pollution. The individual and repetitive room-sized module unit is usually fully finished in the factory and installed on-site to constitute an integrated construction. However, there is a lack of design guidance on modular structures. This paper mainly focuses on the evaluation of the initial stiffness of corrugated steel plate shears walls (CSPSWs) in container-like modular construction. A finite element model was firstly developed and verified against the existing cyclic tests. The theoretical formulas predicting the initial stiffness of CSPSWs were then derived. The accuracy of the theoretical formulas was verified by the related numerical and test results. Furthermore, parametric analysis was conducted and the influence of the geometrical parameters on the initial stiffness of CSPSWs was discussed and evaluated in detail. The present study provides practical design formulas and recommendations for CSPSWs in modular construction, which are useful to broaden the application of modular construction in high-rise buildings and seismic area.
Mathison, Chris;Roy, Krishanu;Clifton, G. Charles;Ahmadi, Amin;Masood, Rehan;Lim, James B.P.
Steel and Composite Structures
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v.31
no.5
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pp.453-467
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2019
Portal frame structures, made up of cold-formed steel trusses, are increasingly being used for lightweight building construction. A novel pin-jointed moment connector, called the Howick Rivet Connector (HRC), was developed and tested previously in T-joints and truss assemblage to determine its reliable strength, stiffness and moment resisting capacity. This paper presents an experimental study on the HRC, in moment resisting cold-formed steel trusses. The connection method is devised where intersecting truss members are confined by a gusset connected by HRCs to create a rigid moment connection. In total, three large scale experiments were conducted to determine the elastic capacity and cyclic behaviour of the gusseted truss moment connection comprising HRC connectors. Theoretical failure loads were also calculated and compared against the experimental failure loads. Results show that the HRCs work effectively at carrying high shear loads between the members of the truss, enabling rigid behaviour to be developed and giving elastic behaviour without tilting up to a defined yield point. An extended gusset connection has been proposed to maximize the moment carrying capacity in a truss knee connection using the HRCs, in which they are aligned around the perimeter of the gusset to maximize the moment capacity and to increase the stability of the truss knee joint.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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