In this study, the behavior of external beam-column joints reinforced by plain and deformed bars with non-seismic reinforcement details is investigated and compared. The beam-column joints represented in this study include a benchmark specimen by seismic details in accordance with ACI 318M-11 requirements and four other deficient specimens. The main defects of the non-seismic beam-column joints included use of plain bar, absence of transverse steel hoops, and the anchorage condition of longitudinal reinforcements. The experimental results indicate that using of plain bars in non-seismic beam-column joints has significantly affected the failure modes. The main failure mode of the non-seismic beam-column joints reinforced by deformed bars was the accumulation of shear cracks in the joint region, while the failure mode of the non-seismic beam-column joints reinforced by plain bars was deep cracks at the joint face and intersection of beam and column and there was only miner diagonal shear cracking at the joint region. In the other way, use of plain bars for reinforcing concrete can cause the behavior of the substructure to be controlled by slip of the beam longitudinal bars. The experimental results show that the ductility of non-seismic beam-column joints reinforced by plain bars has not decreased compared to the beam-column joints reinforced by deformed bars due to lack of mechanical interlock between plain bars and concrete. Also it can be seen a little increase in ductility of substructure due to existence of hooks at the end of the development length of the bars.
Kim, Sang-Hyo;Yoon, Ji-Hyun;Ahn, Jin-Hee;Lee, Sang-Woo
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.29
no.6A
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pp.651-659
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2009
This study dealt with the behavior of pile-abutment joints in integral abutment bridges. Two types of pile-abutment joints were proposed to strengthen its rigid action. One was fabricated with transverse rebars which penetrated the H-pile in the abutment. The other was composed of stud shear connectors on the flanges of the H-pile. Three half scaled pile-abutment joint specimens were fabricated and loading tests were performed to evaluate the behavior of proposed joints. The results showed that the initial stiffness in elastic region of all specimens was sufficient to be applied for the integral abutment bridges. However, the performances of the proposed joints were shown to be more effective in rigid action compared to the joints types suggested by the Integral Bridge Design Guideline. The results from stiffness, strength, rotation and crack propagation tests supported this matter.
The cold formed light-gauge profiled steel sheeting can offer considerable shear resistance acting in the steel building frame. This paper conducted the full-scale test on the shear behavior of stressed skin diaphragm using profiled sheeting connected by the self-tapping screws. A three-dimensional finite element model that simulates the stressed skin diaphragm was developed. The sheet was modeled using thin element model while the supporting members were simulated using beam elements. Fasteners were represented in the numerical model as equivalent springs. A joint test program was conducted to characterize the properties of these springs and results were reported in this study. Finite element model of the full-scale test was analyzed by use of the ANSYS package, considering nonlinearity caused by the large deflection and slip of fasteners. The experimental data was compared with the results acquired by the EUR formulas and finite element analysis.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1990.10a
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pp.55-60
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1990
The objective of this study is to predict the nonlinear behavior of reinforced concrete shear walls, with the reinforcement uniformly distributed, under reversed cyclic loads. This study introduces joint Element Model which formulates the pulling out of rebars, slipping and intrusion of junction planes. The applicability of this study was experimental verfied by specimens SW1, SW2 and SW3 tested by authors, Wall1 by Paulay, SW16 and SW19 by Sheu. In almost specimen, the ratio of analytical to experimental maximum shear stress is within approximately 5%. In case of energy dissipation and maximum drift, the analytical results fully coincide with those of experiment.
Dong-Wook Hwang;Sanjay Kumar;Dong-Hun Ha;Su-Min Jo;Yun-Hae Kim
Composites Research
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v.36
no.4
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pp.259-263
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2023
This study investigated the open hole tensile (OHT) properties of carbon fiber/epoxy composites and compared them to bolt joint tensile (BJT) properties. The net nominal modulus and strength (1376 MPa) were found to be higher than the gross nominal strength (1041 MPa), likely due to increasing hole size. The OHT and BJT specimens exhibited similar stiffness, as expected without bolt rotation causing secondary bending. OHT specimens experienced a sharp drop in stress indicating unstable crack propagation, delamination, and catastrophic failure. BJT specimens failed through shear out on the bolt side and bearing failure on the nut side, involving fiber kinking, matrix splitting, and delamination, resulting in lower strength compared to OHT specimens. The strength retention of carbon fiber/epoxy composites with open holes was 66%. Delamination initiation at the hole's edge caused a reduction in the stress concentration factor. Filling the hole with a bolt suppressed this relieving mechanism, leading to lower strength in BJT specimens compared to OHT specimens. Bolt joint efficiency was calculated as 15%. The reduction in strength in bolted joints was attributed to fiber-matrix splitting and delamination, aligning with Hart Smith's bolted joint efficiency diagram. These findings contribute to materials selection and structural reliability estimation for carbon fiber/epoxy composites. They highlight the behavior of open hole and bolt joint configurations under tensile loading, providing valuable insights for engineering applications.
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.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1996.10a
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pp.95-102
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1996
In this study, a stochastic finite element model is proposed with a view to consider the uncertainty of physical properties of discontinuous rock mass in the analysis of structural behavior on underground caverns. In so doing, the LHS(Latin Hypercube sampling) technique has been applied to make up weak points of the Crude Monte Carlo technique. Concerning the effect of discontinuities, a joint finite element model is used that is known to be superior in explaining faults, cleavage, things of that nature. To reflect the uncertainty of material properties, the variables such as the the elastic modulus, the poisson's ratio, the joint shear stiffness, and the joint normal stiffness have been used, all of which can be applicable through normal distribution, log-normal distribution, and rectangulary uniform distribution. The validity of the newly developed computer program has been confirmed in terms of verification examples. And, the applicability of the program has been tested in terms of the analysis of the circular cavern in discontinuous rock mass.
Park, Yong-Bin;Yang, Hyeon-Jeong;Kweon, Jin-Hwe;Choi, Jin-Ho;Cho, Hyun-Il
Composites Research
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v.24
no.1
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pp.17-23
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2011
The failure of composite sandwich joints was experimentally investigated. A total of 30 joint specimens of 5 different types were tested with various fastening methods and core materials. In the NomexTM core sandwich joints, the core shear buckling was commonly observed in all the specimens which was followed by the slope change of the load-displacement curve. After the shear buckling, however, the joints carried additional loads of 50~200% over the buckling loads and then finally failed in the upper face breakage. The joints of PMI foam core showed the shear failure of the core instead of shear buckling and experienced the sharp drop of the carried load. Considering the failure modes, while both the core and face properties are important in the $Nomex^{TM}$ core joints, core shear strength seems to be the critical factor for the foam core joints.
The behavior of beam-column joints in moment resisting frame structures is susceptible to damage caused by seismic effects due to poor performance of the joints. A good number of researches were carried out to understand the complex mechanism of RC joints considered in current seismic design codes. The traditional construction detailing of transverse reinforcement has resulted in serious joint failures during earthquakes. This paper introduces a new design philosophy involving the use of additional diagonal bars within the joint particularly suitable for low to medium seismic effects in earthquake zones. In this study, ten full-scale interior beam-column specimens were constructed with various additional reinforcement details and configurations. The results of the experiment showed that adding additional bars is a promising approach in reinforced concrete structures where earthquakes are eminent. In terms of overall cracking observation during the test, the specimens with additional bars (diagonal and straight) compared with the ones without them showed fewer cracks in the column. Furthermore, concrete confinement is certainly an important design measure as recommended by most international codes.
Kim, Seung-Eock;Choi, Ji-Hun;Pham, Thai-Hoan;Truong, Viet-Hung;Kong, Zhengyi;Duong, Nguyen-The;Vu, Quang-Viet
Steel and Composite Structures
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v.37
no.1
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pp.75-90
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2020
This paper introduces a new composite joint, which is the composite CFST beam- concrete column joint, and it is more convenient for transportation and erection than conventionally welded joints. The main components of this joint include steel H-beams welded with CFST beams, reinforced concrete columns, and reinforced concrete slabs. The steel H-beams and CFST beams are connected with a concrete slab using shear connectors to ensure composite action between them. An experimental investigation was conducted to evaluate the proposed composite joint performance. A three-dimensional (3D) finite element (FE) model was developed and analyzed for this joint using the ABAQUS/explicit. The FE model accuracy was validated by comparing its results with the relevant test results. Additionally, the parameters that consisted of the steel box beam thickness, concrete compressive strength, steel yield strength, and reinforcement ratio in the concrete slab were considered to investigate their influence on the proposed joint performance.
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