The objective of the study in this paper was to develop a beam-column element to model members with purely flexural yielding, as well as members with yielding under combined flexure and axial force during severe earthquake ground motins. The developed element can be considered as an one-component series hinge type model. It has the capability to model plastic axial deformation and changes in axial stiffness, and employs hardening rules to handle monotonic, cyclic or arbitrary loading. In general, when compared to experimental results and fiber model predictions, the element showed significantly better performance than the bilinear hinger model and could properly model the beam-column behavior of bare steel members in moment resisting frames. The developed element can more accurately predict local deformation demands and overall responses of structural systems under earthquake loadings than the bilinear hinge element.
Kim, Hyeon Jin;Hwang, Hyeon Jong;Park, Hong Gun;Kim, Dong Kwan;Yang, Jong Min
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.29
no.3
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pp.249-260
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2017
In order to investigate the structural performance of a novel prefabricated-SRC column using bolt-connected steel angles(PSRC column), eccentric axial loading tests were performed for six PSRC column specimens and two conventional SRC column specimens. The test parameters were the spacing and sectional configurations of lateral reinforcement, and eccentricity ratio of axial load. The test results showed that, due to high axial-stiffness of the angles located at the corners of the cross section, the compressive load-carrying capacity and deformation capacity of the PSRC specimens were greater than those of the SRC specimens in the large eccentricity ratio of axial load. Closely spaced lateral steel plates and Z-shaped lateral steel plates improved lateral confinement, which increased the load-carrying capacity of the PSRC specimens. The combined flexural and axial load-carrying capacity of the specimens by tests and nonlinear numerical analysis were greater than the predictions by current design codes. The numerical analysis agreed well with the test results including the initial stiffness, peak strength, and post-peak strength degradation.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.29
no.5A
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pp.519-529
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2009
Fiber reinforced composite materials have various advantages in mechanical and chemical aspects. Not only high fatigue and chemical resistance, but also high specific strength and stiffness are attained, and therefore, damping characteristics are beneficial to marine piles. Since piles used for marine structures are subjected to compression and bending as well, detailed research is necessary. Current study examine the mechanical behavior under flexural and/or compressive loads using concrete filled fiber reinforced plastic composite piles, which include large size diameter. 25 pile specimens which have various size of diameters and lengths were fabricated using hand lay-up or filament winding method to see the effect of fabrication method. The inner diameters of test specimens ranged from 165 mm to 600 mm, and the lengths of test specimens ranged from 1,350 mm to 8,000 mm. The strengths of the fill-in concrete were 27 and 40 MPa. Fiber volumes used in circumferential and axial directions are varied in order to see the difference. For some tubes, spiral inner grooves were fabricated to reduce shear deformation between concrete and tube. It was observed that the piles made using filament winding method showed higher flexural stiffness than those made using hand lay-up. The flexural stiffness of piles decreases from the early loading stage, and this phenomenon does not disappear even when the inner spiral grooves were introduced. It means that the relative shear deformation between the concrete and tube wasn't able to be removed.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.23
no.2
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pp.99-106
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2019
A wall-frame structure resists horizontal load by the interaction between the flexural mode of the shear wall and the shear mode of the frame, which implies that the frame deflects only by reverse bending of the columns and girders, and that the columns are axially rigid. However, as the height of frame increases the shear mode of frame changes to flexural mode, which is due to the extension and shortening of the columns. An approximate hand method for estimating horizontal deflection and member forces in high-rise shear wall-frame structures subjected to horizontal loading is presented. The method is developed from the continuous medium theory for coupled walls and expressed in non-dimensional structural parameters. It accounts for bending deformations in all individual members as well as axial deformations in the columns. The deformations calculated from the presented approximate method and matrix analysis by computer program are compared. The presented approximate method is more accurate for the taller structures.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.12
no.4
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pp.79-86
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2008
Four RC shear wall specimens with a/d of 2.2 are designed. And a flexural retrofitting is performed for one specimen by both enlarging wall section and adding additional vertical reinforcements. Also the effectivity of jaketting wall sides is evaluated for the two methods using only steel plate or welded wire mesh with enlargement of section. Cyclic loads are applied to the retrofitted specimens according to the loading history proposed by ACI under constant axial force. Test result showed that the strength and ductility of specimen were improved where the section was enlarged after the installation of additional vertical reinforcements. Confining the ends of wall by U shape W.W.F. with enlargement of section showed most excellent structural capacity regarding to the strength and ductility. Retrofitting by using steel plate was much effective not only to protect the abrupt decrease of strength after yield but also to improve the deformation capacity.
Experimental investigation was conducted to evaluate the seismic ductility of earthquake-experienced concrete columns with an aspect ratio of 2.5. Eight circular concrete columns with a diameter of 600 mm were constructed with three test parameters: confinement ratio, lap-splice of longitudinal bars, and retrofitting with Fiber Reinforced Polymer (FRP) materials. The objective of this research is to examine the seismic performance of RC bridge piers subjected to a Quasi static test (QST), which were preliminary tested under a series of artificial earthquake motions referred to as a Pseudo dynamic test (PDT). The seismic enhancement effect of FRP wrap was also investigated on these RC bridge piers. Six specimens were loaded to induce probable damage by four series of artificial earthquakes, which were developed to be compatible with earthquakes in the Korean peninsula by the Korea Highway Corporation (KHC). Directly after the PDT, six earthquake-experienced columns were subjected to inelastic cyclic loading under a constant axial load of $0.1{f_c}^{\prime}A_g$. Two other reference specimens without the PDT were also subjected to similar quasi-static loads. Test results showed that specimens pre-damaged by moderate artificial earthquakes generally demonstrated good residual seismic performance, which was similar to the corresponding reference specimen. Moreover, RC bridge specimens retrofitted with wrapping fiber composites in the potential plastic hinge region exhibited enhanced flexural ductility.
A three-dimensional panel system, which was offered as a new method for construction in Jordan using relatively high strength modular panels for walls and ceilings, is investigated in this paper. The panel consists of two steel meshes on both sides of an expanded polystyrene core and connected together with a truss wire to provide a 3D system. The top face of the ceiling panel was pored with regular concrete mix, while the bottom face and both faces of the wall panels were cast by shotcreting (dry process). To investigate the structural performance of this system, an extensive experimental testing program for ceiling and wall panels subjected to static and dynamic loadings was conducted. The load-deflection curves were obtained for beam and shear wall elements and wall elements under transverse and axial loads, respectively. Static and dynamic analyses were conducted, and the performance of the proposed structural system was evaluated and compared with a typical three dimensional reinforced concrete frame system for buildings of the same floor areas and number of floors. Compressive strength capacity of a ceiling panel is determined for gravity loads, while flexural capacity is determined under the effect of wind and seismic loading. It was found that, the strength and serviceability requirements could be easily satisfied for buildings constructed using the three-dimensional panel system. The 3D panel system is superior to that of conventional frame system in its dynamic performance, due to its high stiffness to mass ratio.
In this study, nonlinear analysis of steel plane frame was performed using the refined plastic hinge method of advanced analysis techniques. In deterioration of stiffness in plastic zone, influences by flexural bending, residual stress, geometrical non-linearity, and semi-rigid connection are considered. And also, further reduced tangent modulus was used for geometrical non-linearity, top and seat angle were chosen for semi-rigid connection. Furthermore, 3 parameter power model was used for moment-rotation behaviour of beam to column connection. The loading conditions are combined with axial and lateral force and the inverse triangle distribution of lateral and eight type of analytical models were used in analysis. The results of analyses were compared with semi-rigid and rigid connection on behaviour of numerical analysis models. And also, the behaviors of frame with changes of semi-rigidity were analyzed by using the results obtained from MIIDAS-GENw.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2002.05a
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pp.493-498
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2002
An experimental investigation was conducted to study the behavior of high-strength RC wide beam-column joints with slab subjected to reversed cyclic loads under constant axial load. Six half scale interior wide beam-column assemblies representing a portion of a frame subjected to simulated seismic loading were tested, including three specimens without slab and three specimens with slab. The primary variables were compressive strength of concrete( $f_{ck}$ =240, 500kgf/c $m^2$), the ratio of the column-to-beam flexural capacity( $M_{r}$=2$\Sigma$$M_{c}$$\Sigma$$M_{b}$ ; 0.77-2.26), extended length of the column concrete($\ell$$_{d}$ ; 0, 9.6, 30cm), ratio of the column-to-beam width(b/H ; 1.54, 1.67). Test results are shown that (1) the behavior of specimen using high-strength concrete satisfied the required minimum ductile capacity according to increase the compressive strength, (2). In the design of the wide beam-column joints, one should be consider the effects of slab stiffness which is ignored in the current design code and practice.ice.e.e.
Reinforced concrete corbels are generally used to transfer loads within a structural system, such as buildings, bridges, and facilities in general. They commonly present low aspect ratio, requiring an accurate model for shear strength prediction in order to promote flexural behavior. The model described here, originally developed for walls, was adapted for corbels. The model is based on a reinforced concrete panel, described by constitutive laws for concrete and steel and applied in a fixed direction. Equilibrium in the orthogonal direction to the shearing force allows for the estimation of the shear stress versus strain response. The original model yielded conservative results with important scatter, thus various modifications were implemented in order to improve strength predictions: 1) recalibration of the strut (crack) direction, capturing the absence of transverse reinforcement and axial load in most corbels, 2) inclusion of main (boundary) reinforcement in the equilibrium equation, capturing its participation in the mechanism, and 3) decrease in aspect ratio by considering the width of the loading plate in the formulation. To analyze the behavior of the theoretical model, a database of 109 specimens available in the literature was collected. The model yielded an average model-to-test shear strength ratio of 0.98 and a coefficient of variation of 0.16, showing also that most test variables are well captured with the model, and providing better results than the original model. The model strength prediction is compared with other models in the literature, resulting in one of the most accurate estimates.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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