Zhen Zhu;Haitao Song;Mingchi Fan;Hao Yu;Chenglong Wu;Chunying Zheng;Haiyang Duan;Lei Wang
Steel and Composite Structures
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v.52
no.4
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pp.405-418
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2024
To study the influence of different reduced beam section (RBS) on the mechanical performance of modular boltedwelded hybrid connection joints (MHCJs), this article uses ABAQUS to establish and verify the finite element model (FEM) of the test specimens on the basis of quasi-static test research. Based on, 14 joint models featuring different RBS are devised to evaluate their influence on seismic behavior, such as joint failure mode, bending moment (M)-rotation angle (θ) curve, ductility, and energy consumption. The results indicate that when the flange and web are individually weakened, they alleviate to some extent the concentrated stress of the core module (CM) and column end steel skeleton in the joint core area, but both increase the stress on the flange connecting plate (FCP). At the same time, the impact of both on seismic performance such as bearing capacity, stiffness, and energy consumption is relatively small. When simultaneously weakening the flange and web of the steel beam, forming plastic hinges at the weakened position of the beam end, significantly alleviated the stress concentration of the CM and the damage at the FCP, improving the overall deformation and energy consumption capacity of joints. But as the weakening size of the web increases, the overall bearing capacity of the joint shows a decreasing trend.
In this study, ti identify the dynamic characteristics of automobile steering system which consists of many components and joints, each component combined structure was analyzed using commercial structural package, ANSYS. And, the finite element method for each component and modeling method of several joints universal joint, bolt joint, bearing, etc. were studied. On the other hand, the experimental modal analysis was performed to compare with the results of the finite element analysis and joint modeling. The result shows very close agreement between two analysis. Also, it was found that the steeing column used in this experiment does not effect the low frequency mode of entire system. In addition, we found that constraint equations need to be considered in modeling universal joint. Since the stiffness effect of Urethane around wheel could be ignored, it can be modeled only with mass effect. In the end, it was found that dynamic characteristics of the entire steerintg system depends mainly upon the wheel characteristics.
Although a compression splice length does not need to be longer than a tension splice length due to end bearing effect, current design codes impose a longer compression lap splice than a tension lap splice in high strength concrete. Hence, new criteria for the compression lap splice including concrete strength effect need to be found for economical design of ultra-high strength concrete. An experimental study has been conducted using column specimens with concrete strength of 80 and 100 MPa with transverse reinforcement. The test results showed that splice strengths improved when the amount of transverse reinforcement increased. However, end bearing strength did not increase when larger amount of transverse reinforcement is provided within the spliced zone. Therefore, the splice strength enhancement was attributed to the improvement of bond. From regression analysis of 94 test results including specimens made with concrete strength of 40 and 60 MPa, a new design equation is proposed for compression lap splice in the concrete compressive strength ranging from 40 to 100 MPa with transverse reinforcement. By using the proposed equation, the incorrect design equations for lap splice lengths in tension and compression can be corrected. In addition, the equation has a reliability equivalent to those of the specified strengths of materials.
A compression lap splice can be calculated longer than a tension lap splice in high strength concrete according to current design codes. Including effects of transverse reinforcement, a compression splice becomes much longer than a tension splice. Effects of transverse reinforcement and bar size on strength and behavior of compression lap splice, which always exist in actual structures, have been investigated through experimental study of column tests with concrete strength of 40 and 60 MPa. The results of the tests with bar diameters of 22 and 29 mm show that there is no size effect of bar diameter on compression lap splice. Bond strength of small bar diameter may increase. However, large diameters of re-bars are used in compression member and the size effect of re-bars does not have to be considered in compression lap splice. Confined specimens have twice of calculated strengths by current design codes. New design equations for the compression lap splice including the effects of transverse reinforcement are required for practical purpose of ultra-high strength concrete. End bearing is enhanced by transverse reinforcement placed at ends of splice not by transverse reinforcement within splice length. As more transverse reinforcement are placed, the stresses developed by bond linearly increase. The transverse reinforcements at ends of splice a little improve the strength by bond. Because the stresses developed by bond in compression splice with transverse reinforcement are nearly identical to or less than those in tension splice with same transverse reinforcement, strength increment of compression splice is attributed to end bearing only.
Seismic records are composed of mainshock and a series of aftershocks which often result in the incremental damage to underground structures and bring great challenges to the rescue of post-disaster and the repair of post-earthquake. In this paper, the repetition method was used to construct the mainshock-aftershocks sequence which was used as the input ground motion for the analysis of dynamic time history. Based on the Daikai station, the two-dimensional finite element model of soil-station was established to explore the failure process of station under different seismic precautionary intensities, and the concept of incremental damage of station was introduced to quantitatively analyze the damage condition of structure under the action of mainshock and two aftershocks. An arc rubber bearing was proposed for the shock absorption. With the arc rubber bearing, the mode of the traditional column end connection was changed from "fixed connection" to "hinged joint", and the ductility of the structure was significantly improved. The results show that the damage condition of the subway station is closely related to the magnitude of the mainshock. When the magnitude of the mainshock is low, the incremental damage to the structure caused by the subsequent aftershocks is little. When the magnitude of the mainshock is high, the subsequent aftershocks will cause serious incremental damage to the structure, and may even lead to the collapse of the station. The arc rubber bearing can reduce the damage to the station. The results can offer a reference for the seismic design of subway stations under the action of mainshock-aftershocks.
Mirtaheri, Masoud;Emami, Fereshteh;Zoghi, Mohammad A.;Salkhordeh, Mojtaba
Structural Engineering and Mechanics
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v.70
no.4
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pp.381-394
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2019
If an alternative path would not be considered for redistribution of loads, local failure in structures will be followed by a progressive collapse. When a vertical load-bearing element of a steel structure fails, the beams connected to it will lose their support. Accordingly, an increase in span's length adds to the internal forces in beams. The mentioned increasing load in beams leads to amplifying the moments there, and likewise in their corresponding connections. Since it is not possible to reinforce all the elements of the structure against this phenomenon, it seems rational to use other technics like specified strengthened connections. In this study, a novel connection is suggested to handle the stated phenomenon which is introduced as a passive connection. This connection enables the structure to tolerate the added loads after failing of the vertical element. To that end, two experimental models were constructed and thereafter tested in half-scale, one-story, double-bay, and bolted connections in three-dimensional spaces. This experimental study has been conducted to compare the ductility and strength of a frame that has ordinary rigid connections with a frame containing a novel passive connection. At last, parametric studies have been implemented to optimize the dimensions of the passive connection. Results show that the load-bearing capacity of the frame increased up to 75 percent. Also, a significant decrease in the displacement of the node wherein the column is removed was observed compared to the ordinary moment resisting frame with the same loads.
Stone columns is the ground improvement method which composed of compacted gravel or crushed stone inserted into the soft ground consisting of loose sand and clay. There are many difficulties in quantitative analysis of soil-pile interaction because settlement behavior of stone columns is affected by various parameters. In this study, various parameters of behavior of end-bearing group piles are investigated by load tests. Finally, the improved characteristics of soft ground and the influence of design parameters are investigated in this study using PR (performance ratio) value. From the PR value calculation and test results, we know that settlement behavior of stone columns is affected by area replacement ratio of composite ground, diameter of column rather than embedment ratio and mat.
The seismic performance of the ordinary steel reinforced concrete (SRC) columns has no significant improvement compared to the reinforced concrete (RC) columns mainly because I, H or core cross-shaped steel cannot provide sufficient confinement for core concrete. Two improved SRC columns by constructing with new-type shaped steel were put forward on this background, and they were named as enlarging cross-shaped steel and diagonal cross-shaped steel for short. The seismic behavior and carrying capacity of new-type SRC columns have been researched theoretically and experimentally, while the shear behavior remains unclear when the new-type columns are joined onto SRC beams. This paper presents an experimental study to investigate the shear capacity of new-type SRC joints. For this purpose, four new-type and one ordinary SRC joints under low reversed cyclic loading were tested, and the failure patterns, load-displacement hysteretic curves, joint shear deformation and steel strain were also observed. The ultimate shear force of joint specimens was calculated according to the beam-end counterforce, and effects of steel shape, load angel and structural measures on shear capacity of joints were analyzed. The test results indicate that: (1) the new-type SRC joints display shear failure pattern and has higher shear capacity than the ordinary one; (2) the oblique specimens have good bearing capacity if designed reasonably; and (3) the two proposed construction measures have little effect on the shear capacity of SRC joints embedded with diagonal cross-shaped steel. Based on the mechanism observed from the test, the formulas for calculating ultimate shear capacity considering the main factors (steel web, stirrup and axial compression ratio) were derived, and the calculated results agreed well with the experimental and simulated data.
Kim, Jae Young;Kim, Yong Nam;Seo, Min Jung;Kim, Beom Jin;Kim, Sung Jig;Lee, Kihak
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.28
no.3
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pp.129-139
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2024
In this study, the SBC system, a new mechanical joint method, was developed to improve the constructability of precast concrete (PC) beam-column connections. The reliability of the finite element analysis model was verified through the comparison of experimental results and FEM analysis results. Recently, the intermediate moment frame, a seismic force resistance system, has served as a ramen structure that resists seismic force through beams and columns and has few load-bearing walls, so it is increasingly being applied to PC warehouses and PC factories with high loads and long spans. However, looking at the existing PC beam-column anchorage details, the wire, strand, and lower main bar are overlapped with the anchorage rebar at the end, so they do not satisfy the joint and anchorage requirements for reinforcing bars (KDS 41 17 00 9.3). Therefore, a mechanical joint method (SBC) was developed to meet the relevant standards and improve constructability. Tensile and bending experiments were conducted to examine structural performance, and a finite element analysis model was created. The load-displacement curve and failure pattern confirmed that both the experimental and analysis results were similar, and it was verified that a reliable finite element analysis model was built. In addition, bending tests showed that the larger the thickness of the bolt joint surface of the SBC, the better its structural performance. It was also determined that the system could improve energy dissipation ability and ductility through buckling and yielding occurring in the SBC.
Korean Journal of Construction Engineering and Management
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v.13
no.3
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pp.34-42
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2012
Green frame technology intended to facilitate the remodeling of apartment housing complexes in Korea and extend their service life has been developed. Green frame design is a Rahmen structure using composite precast concrete members and, unlike a bearing-wall structure, lifting and installing structural members accounts for major steps of structural construction. Therefore, if green frame structure construction is to be scheduled appropriately, systematic lifting plan needs to be developed in advance. Development of lifting plan also requires unit lifting process of composite PC members (columns and beams) that consist of green frame to be analyzed first. Therefore, this study attempts to analyze the lifting process of composite PC members used in green frame structure. To that end, lifting procedure and time of composite PC column and beam are estimated and applied to a project case to analyze the lifting cycle of reference floor. Outcomes produced herein will be used as key data for development of lifting plan in subsequent green frame structure construction.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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