Although the influence of moisture content on the mechanical properties of concrete has been studied for a long time, research related to its influence on the damping and energy dissipation property of concrete structure is still very limited. In this paper, the relationship between damping property and moisture content of concrete using cyclic uniaxial compression is firstly presented, and the mechanism of the influence of moisture content on concrete damping and energy dissipation capacity is analyzed. Based on the experimental research, moisture-related damping and energy dissipation model is proposed. Results show that the dissipated energy of concrete and loss factor increase as the moisture content increasing. The energy dissipation coefficient reflecting the influence of stress level of concrete under cyclic load, decreases first and then increases as the moisture content increasing. The mechanism of moisture-related energy dissipation behavior can be divided into the reactive force of water, the development of the internal micro cracks and the pore water pressure. Finally, the proposed moisture-related damping and energy dissipation model are verified.
반복하중을 받는 철근콘크리트 부재는 이력거동이 진행됨에 따라 강성과 강도의 저하 그리고 핀칭현상 등으로 인하여 에너지소산 능력이 감소된다. 그러나 지침서 「철근콘크리트 건축구조물의 성능기반 내진설계를 위한 비선형해석모델, 2021」에서는 각 부재별로 모든 이력단계별 단일한 에너지소산계수를 산정하도록 하고 있어 이력단계에 따른 에너지소산능력의 감소를 고려할 수 없을 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서는 반복하중을 받는 일반보에 대한 기존 실험결과와 비선형시간이력해석 결과를 비교하여 이력단계에 따른 에너지소산계수를 고찰하였다. 에너지소산계수는 비선형시간이력해석 결과로 구한 이상화된 탄소성거동 에너지 소산량에 대한 실제 실험체의 에너지소산량의 비로써 산출하였다. 기존 실험결과는 1회 Cycle을 각 이력단계별로 산정하여 에너지소산계수를 도출하였으며, 지침서 내 비선형모델링 과정을 토대로 에너지소산계수를 도출하였다. 기존 실험연구에선 각 이력단계(Y-L-R)를 설정하여 에너지소산계수를 구하였으며, 에너지소산계수는 Y-L구간 0.36, L-R구간 0.28로 나타났고, 지침서 에너지소산계수는 0.31로 나타났다. 이는 지침서의 에너지소산계수 산정식이 철근콘크리트 부재의 에너지소산능력의 감소를 나타내지 못하는 것으로 나타났다.
Su, Hao;Zhu Lihua;Wang, Yaohong;Feng, Lei;Gao, Zeyu;Guo, Yuchen;Meng, Longfei;Yuan, Hanquan
Steel and Composite Structures
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제43권1호
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pp.55-66
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2022
To develop high-efficiency lateral force resistance components for high-rise buildings, a novel energy dissipation shear wall with concrete-filled steel tubular (CFST) column elements was proposed. An energy dissipation shear wall specimen with CFST column elements (GZSW) and an ordinary reinforced concrete shear wall (SW) were constructed, and experimented by low-cycle reversed loading. The mechanical characteristics of these two specimens, including the bearing capacity, ductility, energy dissipation, and stiffness degradation process, were analyzed. The finite-element model of the GZSW was established by ABAQUS. Based on this finite-element model, the effect of the placement of steel-plate energy dissipation connectors on the seismic performance of the shear wall was analyzed, and optimization was performed. The experiment results prove that, the GZSW exhibited a superior seismic performance in terms of bearing capacity, ductility, energy dissipation, and stiffness degradation, in comparison with the SW. The results calculated by the ABAQUS finite-elements model of GZSW corresponded well with the results of experiment, and it proved the rationality of the established finite-elements model. In addition, the optimal placement of the steel-plate energy dissipation connectors was obtained by ABAQUS.
Pinching is an important property of reinforced concrete member which characterizes its cyclic behavior. In the present study, numerical studies were performed to investigate the characteristics and mechanisms of pinching behavior and the energy dissipation capacity of flexure-dominated reinforced concrete members. By analyzing existing experimental studies and numerical results, it was found that energy dissipation capacity of a member is directly related to energy dissipated by re-bars rather than concrete that is a brittle material, and that it is not related to magnitude of axial compressive force applied to the member. Therefore, for a member with specific arrangement and amount of re-bars, the energy dissipation capacity remains uniform regardless of the flexural strength that is changed by the magnitude of axial force applied. Due to the uniformness of energy dissipation capacity pinching appears in axial compression member. The flexural pinching that is not related to shear force becomes conspicuous as the flexural strength increases relatively to the uniform energy dissipation capacity. Based on the findings, a practical method for estimating energy dissipation capacity and damping modification factor was developed and verified with existing experiments.
The principle of energy dissipation technology is to dissipate or absorb the seismic energy input through the deformation or velocity change of dampers installed in the main structure of high-rise buildings, so as to reduce the seismic response of the buildings. With the development of energy dissipation technology, recognized as an effective and new measurement for reducing seismic effects, its application in high-rise buildings has become more and more popular. The appropriate energy dissipation devices suitable for high-rise buildings are introduced in this paper. The effectiveness of energy-dissipation technology for reducing the seismic response of high-rise buildings with various structural forms is demonstrated with a number of actual examples of high-rise buildings equipped with various energy dissipation devices.
The typical inerter system, the tuned viscous mass damper (TVMD), has been proven to be efficient. It is characterized by an energy-dissipation-enhancement effect, whereby the dashpot deformation of TVMD can be amplified for enhanced energy dissipation efficiency. However, existing studies related to TVMD have mainly been performed on elastic structures, so the working mechanism remains unclear for nonlinear structures. To deal with this, an energy-spectrum analysis framework is developed systematically for classic bilinear hysteretic structures with TVMD. Considering the soil effect, typical bedrock records are propagated through the soil deposit, for which the designed input energy spectra are proposed by considering the TVMD parameters and structural nonlinear properties. Furthermore, the energy-dissipation-enhancement effect of TVMD is quantitatively evaluated for bilinear hysteretic structures. The results show that the established designed input energy spectra can be employed to evaluate the total energy-dissipation burden for a nonlinear TVMD structure. Particularly, the stiffness of TVMD is the dominant factor in adjusting the total input energy. Compared with the case of elastic structures, the energy-dissipation-enhancement effect of TVMD for nonlinear structures is weakened so that the expected energy-dissipation effect of TVMD is replaced by the accumulated energy dissipation of the primary structure.
The energy dissipation of coal under dynamic loads is a major issue in geomechanics and arising extensive concerns recently. In this study, dynamic loading tests of coal were conducted using a split Hopkinson pressure bar (SHPB) system, the characteristics of dynamic behavior and energy dissipation of coal were analyzed, and the mechanism of energy dissipation was discussed based on the fracture processes of coal under dynamic loads. Experimental results indicate that the energy dissipation of coal under dynamic loads has a positive linear correlation with both incident energy and dynamic compressive strength, and the correlation coefficients between incident energy, dynamic compressive strength and the energy dissipation rate are 0.74 and 0.98, respectively. Theoretical analysis demonstrates that higher level of stress leads to greater energy released during unstable crack propagation, thus resulting in larger energy dissipation rate of coal under dynamic loads. At last, a semi-empirical energy dissipation model is proposed for describing the positive relationship between dissipated energy and stress.
The interfacial bond strength of partially encased composite (PEC) structure tends to 0, therefore, the cast-in-place concrete theoretically cannot embody better composite effect than the fabricated structure. A total of 12 specimens were designed and experimented to investigate the energy dissipation and damage of fabricated PEC beam through unidirectional cyclic loading test. Because the concrete on both sides of the web was relatively independent, some specimens showed obvious asymmetric concrete damage, which led to specimens bearing torsion effect at the later stage of loading. Based on the concept of the ideal elastoplastic model of uniaxial tensile steel and the principle of equivalent energy dissipation, the energy dissipation ductility coefficient is proposed, which can simultaneously reflect the deformability and bearing capacity. In view of the whole deformation of the beam, the calculation formula of energy dissipation is put forward, and the energy dissipation and its proportion of shear-bending region and pure bending region are calculated respectively. The energy dissipation efficiency of the pure bending region is significantly higher than that of the shear-bending region. The setting of the screw arbors is conducive to improving the energy dissipation capacity of the specimens. Under the condition of setting the screw arbors and meeting the reasonable shear span ratio, reducing the concrete pouring thickness can lighten the deadweight of the component and improve the comprehensive benefit, and will not have an adverse impact on the energy dissipation capacity of the beam. A damage model is proposed to quantify the damage changes of PEC beams under cyclic load, which can accurately reflect the load damage and deformation damage.
Reinforced concrete shear wall is one of the most common structural forms for high-rise buildings, and seismic energy dissipation techniques, which are effective means to control structural vibration response, are being increasingly used in engineering. Reinforced concrete-mild steel damper stiffness-tandem energy dissipation coupling beams are a new technology being gradually adopted by more construction projects since being proposed. Research on this technology is somewhat deficient, and this paper investigates design principles and methods for two types of mild steel dampers commonly used for energy dissipation coupling beams. Based on the conception design of R.C. shear wall structure and mechanics principle, the basic design theories and analytic expressions for the related optimization parameters of dampers at elastic stage, yield stage, and limit state are derived. The outcomes provide technical support and reference for application and promotion of reinforced concrete-mild steel damper stiffness-tandem energy dissipation coupling beam in engineering practice.
Energy dissipation systems increase the energy dissipation capacity of buildings considerably. In this study, the effect of dampers on a typical 10-storey reinforced concrete structure with a ductile moment-resisting frame was investigated. In this context, 5 different models were created according to the calculation of the slip load and the positions of the dampers in the structure. Nonlinear time-history analyzes using 11 different earthquake acceleration records were performed on the models using the ETABS program. As a result of the analyses, storey displacements, energy dissipation ratios, drift ratios, storey accelerations, storey shears, and hysteretic curves of the dampers on the first and last storey and overturning moments are presented. In the study, it was determined that friction dampers increased the energy dissipation capacities of all models. In addition, it has been determined that positioning the dampers in the outer region of the structures and taking the base shear as a basis in the slip load calculation will be more effective.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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