This paper experimentally studies the cyclic behavior of hybrid connections between steel coupling beams and concrete shear walls with embedded steel columns. Four beam-to-wall connection specimens with short and long embedded steel columns are tested under monotonic and cyclic loads, respectively. The influence of embedment length of columns on the failure mode and performance of connections is investigated. The results show that the length of embedded steel columns has significant effect on the failure mode of connections. A connection with a long embedded column has a better stiffness, load-bearing capacity and ductility than that of a short embedded column. The former fails due to the shear yielding of column web in the joint panel, while failure of the latter is initiated by the yielding of horizontal reinforcement in the wall due to the rigid rotation of the column. It is recommended that embedded steel columns should be placed along the entire height of shear walls to facilitate construction and enhance the ductility.
The Journal of Sustainable Design and Educational Environment Research
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v.10
no.2
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pp.1-7
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2011
An experimental study to evaluate structural capacity of an embedded plate connected with prestressed concrete beam was performed. Embedded steel plates and prestressed concrete beam were connected with stud-bolts at the ends of concrete beam specimens. About 1,000 kN concentrated load was applied at 450mm away from the end of beam specimen. A 3,000 kN capacity static Oil-jack was used to direct concentrated load. The maximum strain of stud-bolt recorded $90{\times}10^{-6}$(mm/mm) and wide width cracks were not founded. Any falling failures of concrete and large deformations were not founded either between steel plate and prestressed concrete specimen. As a result, construction performance can be improved using this embedded steel plate connection system apply to large space educational facilities.
This paper theoretically studies the cyclic behavior of hybrid connections between steel coupling beams and concrete shear walls with embedded steel columns. Finite element models of connections with long and short embedded steel columns are built in ABAQUS and validated against the test results in the companion paper. Parametric studies are carried out using the validated FE model to determine the key influencing factors on the load-bearing capacity of connections. A close-form solution of the load-bearing capacity of connections is proposed by considering the contributions from the compressive strength of concrete at the interface between the embedded beam and concrete, shear yielding of column web in the tensile region, and shear capacity of column web and concrete in joint zone. The results show that the bond slip between embedded steel members and concrete should be considered which can be simulated by defining contact boundary conditions. It is found that the loadbearing capacity of connections strongly depends on the section height, flange width and web thickness of the embedded column. The accuracy of the proposed calculation method is validated against test results and also verified against FE results (with differences within 10%). It is recommended that embedded steel columns should be placed along the entire height of shear walls to facilitate construction and enhance the ductility. The thickness and section height of embedded columns should be increased to enhance the load-bearing capacity of connections. The stirrups in the joint zone should be strengthened and embedded columns with very small section height should be avoided.
Due to lack of information, current design methods to calculate bearing strength of connections are tacit about cases in which hybrid coupled walls have connection details of stud bolts and horizontal ties. In this study, analytical study was carried out to develop model for calculating the connections strength of embedded steel section. The bearing stress at failure in the concrete below the embedded steel coupling beam section is related to the concrete compressive strength and the ratio of the width of the embedded steel coupling beam section to the thickness of the shear walls. Experiments were carried out to determine the factors influencing the bearing strength of the connection between steel coupling beam and reinforced concrete shear wall. The test variables included the reinforcement details that confer a ductile behavior in connection between steel coupling beam and shear wall, i. e., the auxiliary stud bolts attached to the steel beam flanges and the transverse ties at the top and the bottom steel beam flanges. In addition, additional test were conducted to verify the strength equations of the connection between steel coupling beam and reinforced concrete shear wall. The results of the proposed equations in this study are in good agreement with both our test results and other test data from the literature.
Yun, Hyun Do;Park, Wan Shin;Han, Min Ki;Kim, Sun Woo;Kim, Yong Chul;Hwang, Sun Kyung
Architectural research
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v.7
no.1
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pp.27-38
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2005
No specific guidelines are available for computing the bearing strength of connection between steel coupling beam and reinforced concrete shear wall in a hybrid wall system. There were carried out analytical and experimental studies on connection between steel coupling beam and concrete shear wall in a hybrid wall system. The bearing stress at failure in the concrete below the embedded steel coupling beam section is related to the concrete compressive strength and the ratio of the width of the embedded steel coupling beam section to the thickness of the shear walls. Experiments were carried out to determine the factors influencing the bearing strength of the connection between steel coupling beam and reinforced concrete shear wall. The test variables included the reinforcement details that confer a ductile behavior in connection between steel coupling beam and shear wall, i.e., the auxiliary stud bolts attached to the steel beam flanges and the transverse ties at the top and the bottom steel beam flanges. In addition, additional test were conducted to verify the strength equations of the connection between steel coupling beam and reinforced concrete shear wall. The proposed equations in this study were in good agreement with both our test results and other test data from the literature.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2013.05a
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pp.19-20
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2013
Green Frame is a column-beam system constructed by composite precast column and beam connected by embedded steel of their. From when the precast concrete beam of Green Frame is installed, until the concrete of slab and connection joint is cured, the self load of beam shall be supported by the embedded steel of it. Therefore, the concrete of beam could be separated from the embedded steel if the shear connector of beam of Green Frame is designed by the code on Structural standard. So, this study suggest an equation for the shear connection of composite precast concrete beams of Green Frame. The result of this study will be used as the main equation of the calculation model for shear connectors of composite precast concrete beams.
To avoid the cracks of cast-in-place concrete in shear pockets and seams in the traditional composite beam with precast decks, this paper proposed a new type of prefabricated steel truss-concrete composite beam (ab. PSTC beam) with pre-embedded shear studs (ab. PSS connector). To study the initial cracking load of concrete deck, the development and distribution laws of the cracks, 3 PSTC beams were tested under hogging moment. And the crack behavior of the deck was compared with traditional precast composite beam, which was assembled by shear pockets and cast-in-place joints. Results show that: (i) the initial crack appears on the deck, thus avoid the appearance of the cracks in the traditional shear pockets; (ii) the crack of the seam appears later than that of the deck, which verifies the reliability of epoxy cement mortar seam, thus solves the complex structure and easily crack behavior of the traditional cast-in-place joints; (iii) the development and the distribution laws of the cracks in PSTC beam are different from the conventional composite beam. Therefore, in the deduction of crack calculation theory, all the above factors should be considered.
Recently hybrid beam system is widely used because it has many structural advantages such as short construction period and low story height etc. Generally steel wide flange beam exposure type and embedded type hybrid beams are constructed. Even though exposure hybrid beam is easily constructed, the fire proofing protection process is necessary because steel wide flange beam cannot resist to fire itself. Story height reduction type hybrid beam, which is introduced hybrid beam in this paper, does not need fire proofing protection process because it is constructed as a fully embedded type hybrid beam. Developed construction process and actual construction cases of story height reduction type hybrid beam were introduced in this study.
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.10
no.5
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pp.27-33
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2010
In this study, a monotonic loading test to estimate structural capacity of 12 meter long full scale precast pre-stressed concrete beam specimen was performed with a 2,000 kN dynamic actuator. A couple of embedded steel plate was installed at the ends of the beam and specimens were connected to steel girder frame with high tension bolts. Nominal compressive strength of pre-stressed concrete beam and slab were 50 MPa and 24 MPa respectively. Two HD25 tensile steel reinforcements were welded on vertical plate of embedded steel plate. Pre-stressed concrete beam specimen was loaded by displacement control method with a certain loading pattern which was repeated loading and unloading with 10mm increment displacement. About 88.34%, 86.97% and 66.83% of displacement restoration ratios were evaluated at elastic, inelastic and plastic behavior region of specimen respectively.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.11a
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pp.301-304
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2008
This paper presented an structural efficiency of steel coupling beam jointed single plate shear connections with seat and top angle. Parameters for the test specimens were are seat and top angle, reinforcing of concrete, embedded length, section loss. Steel coupling beam with angle showed excellent strength, stiffness, energy dissipation capacity. The specimen with no reinforcement around the embedded steel plate showed slightly low deformation capacity because of early failure in the precast concrete walls. However, the specimen with reinforcement around the embedded steel plate showed good deformation capacity. Deformation capacity was not decrease despite short embedded length. The specimen with section loss showed excellent deformation capacity. Because shear strength of steel coupling beam was lesser than of connections. These results showed that for workability and cost efficiency, the proposed system is promising for one of steel coupling beam.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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