Kim, Ji Young;Kim, Ki Doo;Ma, Hyang Wook;Chung, Chul-Hun
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.34
no.1
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pp.73-85
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2014
The CFT (Concrete Filled steel Tubes) column-footing connection is cast-in-place embedded type which provides simple construction procedure, low cost, and superior structural performance. In this study, CFT column-footing connection of modular pier is proposed and structural performance is evaluated by experimental tests. To evaluate structural performance of the CFT column-footing connection, a series of experimental tests were performed for the 4 specimens with different embedded depth. As a result of the quasi-static test, the specimen with 0.6D (0.6 times the outside diameter of steel tube) embedded depth showed relatively low ductility than other specimens with larger embedded depth due to cone failure of base concrete occurred during the lower loading step. On the contrary, cone failure of the base concrete was not observed in the specimens with larger embedded depth than 0.9D, but typical flexural failure in lower part of CFT column was observed. With the analyses of force-displacement curve, displacement ductility, and energy dissipation capacity, it is concluded that the rational range of embedded depth of the CFT column-footing connection is from 0.9D to 1.2D in view of good seismic performance.
Ali, Mustafa M.;Osman, S.A.;Yatim, M.Y.M.;A.W., Al Zand
Structural Engineering and Mechanics
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v.76
no.6
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pp.687-708
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2020
Openings in steel plate shear walls (SPSWs) are usually used for decorative designs, crossing locations of multiple utilities and/or structural objectives. However, earlier studies showed that generating an opening in an SPSW has a negative effect on the cyclic performance of the SPSW. Therefore, this study proposes tripling or doubling the steel-sheet-plate (SSP) layer and stiffening the opening of the SPSW to provide a solution to undesirable opening effects, improve the SPSW performance and provide the infill option of potential strengthening measures after the construction stage. The study aims to investigate the impact of SSP doubling with a stiffened opening on the cyclic behaviour, expand the essential data required by structural designers and quantify the SPSW performance factors. Validated numerical models were adopted to identify the influence of the chosen parameters on the cyclic capacity, energy dissipation, ductility, seismic performance factors (SPF) and stiffness of the suggested method. A finite Element (FE) analysis was performed via Abaqus/CAE software on half-scale single-story models of SPSWs exposed to cyclic loading. The key parameters included the number of SSP layers, the opening size ratios corresponding to the net width of the SSP, and the opening shape. The findings showed that the proposed assembly method found a negligible influence in the shear capacity with opening sizes of 10, 15, 20%. However, a deterioration in the wall strength was observed for openings with sizes of 25% and 30%. The circular opening is preferable compared with the square opening. Moreover, for all the models, the average value of the obtained ductility did not show substantial changes and the ultimate shear resistance was achieved after reaching a drift ratio of 4.36%. Additionally, the equivalent sectional area of the SSP in the twin and triple configuration of the SPSWs demonstrated approximately similar results. Compared with the single SSP layer, the proposed configuration of the twin SSP layer with a stiffened opening suggest to more sufficiency create SSP openings in the SPSW compared to that of other configurations. Finally, a tabular SPF quantification is exhibited for SPSWs with openings.
The applicability of headed bars in exterior beam-column joints under reversed cyclic loading was investigated. A total of ten pullout tests were first performed to examine pullout behavior of headed bars subjected to monotonic and cyclic loading with test variables such as connection type between head and bar stem (weld or no weld), loading methods (monotonic or cyclic loading), and head shape (small or large circular head and square head). Two full-scale beam-column joint tests were then performed to compare the structural behavior of exterior beam-column joints constructed using two different reinforcement details: i.e. $90^{\circ}$ standard hooks and headed bars. Both joints were designed following the recommendations of ACI-ASCE Committee 352 for Type 2 performance: i.e. the connection is required to dissipate energy through reversals of deformation into inelastic range. The pullout test results revealed that welded head to the stem did not necessarily result in increased pullout strength when compared to non-welded head. Relatively large circular head resulted in higher peak load than smaller circular and square head. Both beam-column joints with conventional $90^{\circ}$ hooks and headed bars behaved similarly in terms of crack development, hysteresis curves, and peak strengths. The joint using the headed bars showed better overall structural performance in terms of ductility, deformation capacity, and energy dissipation. These experimental results demonstrate that the headed bars using relatively small head can be properly designed far use in external beam-column joint.
Specific joint devices composed of end-plates and through bolts are under development to assemble steel beams to PC columns efficiently by dry construction method for the PCS structural system, of which major structural components are precast concrete columns and steel beams. Seismic performance of the joint devices had been evaluated by experimental tests in the previous studies and it was showed that all the performance requirements regarding to strength deterioration, stiffness degradation and energy dissipation capacity were satisfied to the criteria of ACI requirements, but the initial stiffness was not. In order to find out possible causes of the insufficient rigidity of the joint devices and provide the proper measures to improve the performance of the joint accordingly, numerical analyses were carried out by using ABAQUS. Parameters, such as thickness of neoprene pad, conditions of surface between PC column and end-plate, magnitude of pretension forces of through bolts, stiffness of end-plate were taken into consideration. As the result, it was found that the rigidity of the PCS system was negatively affected by the magnitude of initial gaps between PC columns and end-plates, and insufficient stiffness of neoprene fillers and end plates. In order to improve the initial stiffness performance of the joints, measures such as increase of the magnitude of pretension forces on through bolts and increase of the stiffness of end-plate by reducing the bolt pitch and providing adequate stiffeners are recommended.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.28
no.5
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pp.511-521
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2015
The thermal bridge occurring in a building influences its thermal performance and durability. The domestic typical multi-unit residential buildings suffer thermal losses resulting from thermal bridges of the balcony slab. To minimize the thermal loss between inside and outside of the balcony slab, thermal bridge breaker(TBB) systems have been developed and applied in building construction. Although thermal bridge breaker systems for reinforced concrete(RC) wall-slab joints can improve the thermal performance of a building, it is necessary to verify the structural performance of TBB systems whether they provide proper resistance for cyclic loading. In order to investigate the structural characteristics of TBB systems embedded in RC slabs, cyclic tests of wall-slab joints were performed by applying two reversed cycles at each up to 30 cycles. The test results show that the RC slabs embedding TBBS systems can present excellent structural performance and the maximum moment capacity, energy dissipation capacity and ductility of TBBs systems are enhanced compared to those of the typical RC slabs.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.26
no.5
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pp.1-9
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2022
In this study, the in-plane and out-of-plane seismic performance of the masonry wall strengthened using the steel bar truss system proposed by Hwang et al. (2021a, 2021b) or using FRP sheets were compared and evaluated. The maximum strength of the masonry wall reinforced with FRP sheets for the in-plane and out-of-plane loading was 71% and 85%, respectively, of that of the non-reinforced masonry wall. Meanwhile, the maximum strength of the masonry wall reinforced with the steel bar truss system was approximately 1.8 times higher than that of the non-reinforced masonry wall. Compared with the FRP sheet method, the steel bar truss system was excellent at improving the maximum load capacity, rigidity, and energy dissipation capacity. However, in the case of a masonry wall reinforced with FRP sheets, the masonry wall was overstrengthened with the FRP sheets covering the entire masonry wall, and it is considered that the overstrengthened specimen experienced sliding failure, resulting in a lower strength than the other specimens. A follow-up study is needed to compare the seismic performance of the specimen involving only a part of the masonry wall reinforced with the FRP sheets and the specimen reinforced using the steel bar truss system.
The purpose of this study is to improve the seismic behavior of the bracing members. Lee and Goel's (1987) concrete filling in the hollow structural section (HSS) reduced the severity of local buckling and increased the fracture life. However, concrete filling in the HSS did not prevent the occurrence of local buckling in the midsection of the bracing member, which resulted in continuous strength degradation. This study investigated the seismic behavior of the concrete-filled HSS bracing member, which is reinforced by ribs in the midsection of the bracing member. The main variable of the specimens is rib length. The test results showed that buckling mode, cyclic compression strength, and energy dissipation capacity of the bracing members were affected by rib length. Specimen reinforced with ribs with a length of 63% had better structural performance.
Steel cables as the most important components are widely used in the certain types of structures such as cable-supported bridges, but the long-span structures may result in an increase in fatigue under high stress and corrosion of steel cables. The traditional steel cable is becoming a more evident hindrance. Fiber Reinforced Polymer (FRP) cables with lightweight, high-strength are widely used in civil engineering, but there is little research in vibrational characteristics of FRP cables, especially on the damping characteristic. This article studied the two methods to evaluate dynamical damping characteristic of basalt FRP(BFRP) and glass FRP(GFRP) cables. First, the vibration tests of the B/G FRP cables with different diameter and different cable force were executed. Second, the cables forces were calculated using dynamic strain, static strain and dynamic acceleration respectively, which were further compared with the measured force. Third, experimental modal damping of each cables was calculated by the half power point method, and was compared with the calculation by Rayleigh damping theory and energy dissipation damping theory. The results indicate that (1) The experimental damping of FRP cables decreases with the increase of cable force, and the trend of experimental damping changes is roughly similar with the theoretical damping. (2) The distribution of modal damping calculated by Rayleigh damping theory is closer to the experimental results, and the damping performance of GFRP cables is better than BFRP cables.
In this paper a systematic numerical analysis is performed to obtain the hysteresis behavior of partially restrained top and seat angle connections subjected to cyclic loading. This connection includes superelastic shape memory alloy (SMA) angles and rods in order to secure the recentering capacities as well as proper energy dissipation effects of a CFT composite frame. The three-dimensional nonlinear finite element models are constructed to investigate the rotational stiffness, bending moment capacity and failure modes. A wide scope of additional structural behaviors explain the different influences of the connection's parameters, such as the various thickness of connection angles and the gage distance of steel and SMA rods.
Modified two-surface model (M2SM) is one of the steel elasto-plastic hysteretic constitutive models that consider both analysis accuracy and efficiency. However, when M2SM is used for complex strain history, sometimes the results are irrational due to the limitation of stress-strain path judgment. In this paper, the defect of M2SM was re-modified by improving the judgment of stress-strain paths. The accuracy and applicability of the improved method were verified on both material and structural level. Based on this improvement, the nonlinear time-history analysis was carried out for a deck-through steel arch bridge with a 200 m-long span under the ground motions of Chi-Chi earthquake and Niigata earthquake. In the analysis, we compared the results obtained by hysteretic constitutive models of improved two-surface model (I2SM) presented in this paper, M2SM and the bilinear kinematic hardening model (BKHM). Results show that, although the analysis precision of displacement response of different steel hysteretic models differs little from each other, the stress-strain responses of the structure are affected by steel hysteretic models apparently. The difference between the stress-strain responses obtained by I2SM and M2SM cannot be neglected. In significantly damaged areas, BKHM gives smaller stress result and obviously different strain response compared with I2SM and M2SM, and tends to overestimate the effect of hysteretic energy dissipation. Moreover, at some position with severe damage, BKHM may underestimate the size of seismic damaged areas. Different steel hysteretic models also have influences on structural damage evaluation results based on deformation behavior and low cycle fatigue, and may lead to completely different judgment of failure, especially in severely damaged areas.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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