Most existing concrete structures in Taiwan are considered nonductile due to insufficient transverse reinforcement and poor detailing of frame elements. Such features are fairly typical for buildings constructed prior to 1997, at which time the local building code was revised based on ACI 318-95. Among these structures, many contain perimeter or partition walls made of concrete or clay brick for architectural purposes. These walls, though treated as non-structural components in common design practice, could affect the structural behavior of the buildings during an earthquake. To study the behavior of such structures under seismic load, experiments were conducted on concrete frames of various configurations to show the force-deformation relationships, damage patterns, and other characteristics of the frames. For further interest, similar units with columns jacketed by carbon-fiber-reinforced-polymer (CFRP) were also tested to illustrate the effectiveness of this technique in the retrofit of concrete frames.
Ten reinforced concrete rigid frames and infilled shear wall frames were tested under both vertical and cyclic loadings. Experiments were carried out to evaluate the structural performance of such test specimens, such as the hysteretic behavior, the maximum horizontal strength, crack propagation, and ductility etc. under load reversals. All the specimens were modeledin one-third scale size. Based on the test results reported in this study, the follwing conclusions can be made. For the rigid frame type and the fully rigid babel type shear wall specimens, the hysteresis diagrams indicate that the degradations of their strength were developed slowly beyond maximum carrying capacity. It was shown that when the hoop reinforcement ratio became higher, the energy dissipation capacity became larger and the failure mode became ductile. The specimens designed by the less hoop reinforcement for the fully rigid babel type shear wall, were mainly failed due to diagonal crack in comparison with the specimens designed by the larger hoop reinforcement ratio. Maximum horizontal resisting moment capacity of speciment designed by the fully rigid babel shear wall were increased by 5.47~7.95 times in comparison with the rigid frame type.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2008.04a
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pp.483-489
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2008
Masonry infill walls are frequently used as interior partitions and exterior walls in low- or middlerise RC buildings In the structural design and assessment of structural behaviors of buildings, the infill walls are usually treated as non-structural elements and they are ignored in analytical models. In this study, seismic behaviors of RC frame with/without masonry infill walls were investigated. To this end, the infill walls were modeled as equivalent diagonal struts. Based on analytical results, it has been shown that masonry infill walls can increase the global strength and stiffness of a structure. Accordingly, inter-story drift ratio will be decreased but seismic forces applied to the structure were increased than design seismic load because natural period of the structure was decreased. It is also seen from the analytical results that the inelastic deformation of RC frame with soft story is concentrated on the first story columns and thus, partial damage may have possibility of collapse of system.
Massumi, Ali;Mahboubi, Behnam;Ameri, Mohammad Reza
Earthquakes and Structures
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v.8
no.6
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pp.1435-1452
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2015
The performance of masonry infilled frames during the past earthquakes shows that the infill panels play a major role as earthquake-resistant elements. Experimental observations regarding the influence of infill panels on increasing stiffness and strength of reinforced concrete structures reveal that such panels can be used in order to strengthen reinforced concrete frames. The present study examines the influence of infill panels on seismic behavior of RC frame structures. For this purpose, several low- and mid-rise RC frames (two-, four-, seven-, and ten story) were numerically investigated. Reinforced masonry infill panels were then placed within the frames and the models were subjected to several nonlinear incremental static and dynamic analyses. In order to determine the acceptance criteria and modeling parameters for frames as well as reinforced masonry panels, the Iranian Guideline for Seismic Rehabilitation of Existing Masonry Buildings (Issue No. 376), the Iranian Guideline for Seismic Rehabilitation of Existing Structures (Issue No. 360) and FEMA Guidelines (FEMA 273 and 356) were used. The results of analyses showed that the use of reinforced masonry infill panels in RC frame structures can have beneficial effects on structural performance. It was confirmed that the use of masonry infill panels results in an increment in strength and stiffness of the framed buildings, followed by a reduction in displacement demand for the structural systems.
To explore seismic behavior of blind bolted concrete-filled steel tube (CFST) frames infilled with precast sandwich composite wall panels (SCWPs), a series tests of blind bolted square CFST frames with precast SCWPs under lateral low-cyclic loading were conducted. The influence of the type of wall concrete, wall-to-frame connection and steel brace setting, etc. on the hysteretic curves and failure modes of the type of composite structure was investigated. The seismic behavior of the blind bolted CFST frames with precast SCWPs was evaluated in terms of lateral load-displacement relation curves, strength and stiffness degradation, crack patterns of SCWPs, energy dissipation capacity and ductility. Then, a finite element (FE) analysis modeling using ABAQUS software was developed in considering the nonlinear material properties and complex components interaction. Comparison indicated that the FE analytical results coincided well with the test results. Both the experimental and numerical results indicated that setting the external precast SCWPs could heighten the load carrying capacities and rigidities of the blind bolted CFST frames by using reasonable connectors between frame and SCWPs. These experimental studies and FE analysis would enable improvement in the practical design of the SCWPs in fabricated CFST structure buildings.
The presence of infill generally neglected in design despite the fact that infill contribution significantly increase the lateral stiffness and strength of the reinforced concrete frame structure. Several experimental studies and computational models have been proposed to capture the rational response of infill-frame interaction at global level. However, limited studies are available on explicit finite element modelling to study the local behavior due to high computation and convergence issues in numerical modelling. In the current study, the computational modelling of RC frames is done with various configurations of infill masonry in terms of types of blocks, lateral loading and reinforcement detailing employed with material nonlinearities, interface contact issues and bond-slip phenomenon particularly near the beam-column joints. To this end, extensive computational modelling of five variant characteristics test specimens extracted from the detailed experimental program available in literature and process through nonlinear static analysis in FEM code, ATENA generally used to capture the nonlinear response of reinforced concrete structures. Results are presented in terms of damage patterns and capacity curves by employing the finest possible detail provided in the experimental program. Comparative analysis shows that good correlation amongst the experimental and numerical simulated results both in terms of capacity and crack patterns.
LEE, Do Hyung;Kim, Taewan;Kim, Seung Re;Chu, Yurim;Kim, Hyun Sik
Journal of Industrial Technology
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v.38
no.1
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pp.21-27
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2018
In January 2018, the Ministry of Education published "Seismic design criteria for school buildings" and "Manual for seismic performance evaluation and retrofit of school buildings" to evaluate seismic performances through linear analysis. This paper evaluates the seismic performance of an old school building through the linear analysis. The target building was constructed in the late 1970s, and the seismic-force-resisting system was assumed to be a reinforced concrete moment frame with an un-reinforced masonry wall. As a result of the evaluation, the target building does not satisfy the 'life safety' level of 1.2 times the design spectrum. The average strength ratio of moment frames, an indicator of the level of seismic performance tends to be controlled by beams. However, through the Pohang earthquake, it was known that the short column effect caused by the partially infilled masonry wall caused shear failure of the columns in school buildings. Therefore, it is necessary to improve the linear analysis so that the column controls the average strength ratio of moment frames.
Misir, I. Serkan;Ozcelik, Ozgur;Girgin, Sadik Can;Kahraman, Serap
Structural Engineering and Mechanics
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v.44
no.6
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pp.763-774
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2012
Reinforced concrete frame structures with masonry infill walls constitute the significant portion of the building stock in Turkey. Therefore it is very important to understand the behavior of masonry infill frame structures under earthquake loads. This study presents an experimental work performed on reinforced concrete (RC) frames with different types of masonry infills, namely standard and locked bricks. Earthquake effects are induced on the RC frames by quasi-static tests. Results obtained from different frames are compared with each other through various stiffness, strength, and energy related parameters. It is shown that locked bricks may prove useful in decreasing the problems related to horizontal and vertical irregularities defined in building codes. Moreover tests show that locked brick infills maintain their integrity up to very high drift levels, showing that they may have a potential in reducing injuries and fatalities related to falling hazards during severe ground shakings.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.19
no.2
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pp.35-42
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2019
The purpose of this paper is to evaluate the structural performance of joints between modules with steel plate press forming type non-symmetric cross section. The main experimental variables are direction of load, whether vertical bolts are fastened, and whether the concrete inside the column is filled. A total of three experiments were performed for each variable. Experimental results show that the behavior of the joints dominated by the local buckling deformation of the upper and lower beam flanges of the module joints, and the final failure was the fracture of the column-beam welds. In case of short side direction, it is possible to secure the performance of intermediate moment frame (0.02 rad). In case of long side direction, it is evaluated that the performance of special moment frame (0.04 rad) is secured regardless of whether or not concrete is infilled in the column.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.6
no.2
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pp.52-62
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2015
This study aims at developing a new seismic resistant method by using precast concrete wall panels for existing low-rise, reinforced concrete beam-column buildings such as school buildings. Three quasi-static hysteresis loading tests were performed on one unreinforced beam-column specimen and two reinforced specimens with U-type precast wall panels. Top shear connection of the PC panel was required to show the composite strength of RC column and PC wall panel. However, the strength of the connection did not influence directly on the ultimate loading capacities of the specimens in the positive loading because the loaded RC column push the side of PC wall panel and it moved horizontally before the shear connector receive the concentrated shear force in the positive loading process. Under the positive loading sequence(push loading), the reinforced concrete column and PC panel showed flexural strength which is larger than 97% of the composite section because of the rigid binding at the top of precast panel. Similar load-deformation relationship and ultimated horizontal load capacities were shown in the test of PR1-LA and PR1-LP specimens because they have same section dimension and detail at the flexural critical section. An average of 4.7 times increase in the positive maximum loading(average 967kN) and 2.7 times increase in the negative maximum loading(average 592.5kN) had resulted from the test of seismic resistant specimens with anchored and welded steel plate connections than that of unreinforced beam-column specimen. The maximum drift ratios were also shown between 1.0% and 1.4%.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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