Results of an experimental program are presented in this paper for the influence of vertical load on the in-plane behavior of masonry infilled steel frames. Five half-scaled single-story, single-bay steel frame specimens were tested under cyclic lateral loading. The specimens included four infilled frames and one bare frame. Two similar specimens as well as the bare frame had moment-resisting steel frames, while the remaining two specimens had pinned steel frames. For each frame type, one specimen was tested under simultaneous vertical and lateral loading, whereas the other was subjected only to lateral loading. The experimental results show that the vertical load changes the cracking patterns and failure modes of the infill panels. It improves dissipated hysteresis energy and equivalent viscous damping. Global responses of specimens, including stiffness and maximum strength, do no change by vertical loading considerably. Regarding the ductility, the presence of vertical load is ignorable in the specimen with moment-resisting frame. However, it increases the ductility of the infilled pinned frame specimen, leading to an enhancement in the m-factor by at least 2.5 times. In summary, it is concluded that the influence of the vertical load on the lateral response of infilled frames can be conservatively ignored.
This paper presents a state-of-the-art review of the nonlinear modelling techniques available today for describing the structural behaviour of masonry infills and their interaction with frame structures subjected to in-plane loads. Following brief overviews on the behaviour of masonry-infilled frames and on the results of salient experimental tests, three modelling approaches are discussed in more detail: the micro, the meso and the macro approaches. The first model considers each of the infilled frame elements as separate: brick units, mortar, concrete and steel reinforcement; while the second approach treats the masonry infill as a continuum. The paper focuses on the third approach, which combines frame elements for the beams and columns with one or more equivalent struts for the infill panel. Due to its relative simplicity and computational speed, the macro model technique is more widely used today, though not all proposed models capture the main effects of the frame-infill interaction.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.18
no.2
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pp.79-87
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2014
Masonry-infilled walls have been used in reinforced concrete(RC) frame structures as interior and exterior partition walls. Since these walls are considered as nonstructural elements, they were only considered as additional mass. However, infill walls tend to interact with the structure's overall strength, rigidity, and energy dissipation. Infill walls have been analyzed by finite element method or transposed as equivalent strut model. The equivalent strut model is a typical method to evaluate masonry-infilled structure to avoid the burden of complex finite element model. This study compares different strut models to identify their properties and applicability with regard to the characteristics of the structure and various material models.
In order to perform a step-by-step force-displacement response analysis or dynamic time-history analysis of large buildings with masonry infilled R/C frames, a continuous force-deformation model based on an equivalent strut approach is proposed for masonry infill panels containing openings. The model, which is applicable for degrading elements, can be implemented to replicate a wide range of monotonic force-displacement behaviour, resulting from different design and geometry, by varying the control parameters of the model. The control parameters of the proposed continuous model are determined using experimental data. The experimental program includes fifteen 1/3-scale, single-story, single-bay reinforced concrete frame specimens subjected to lateral cyclic loading. The parameters investigated include the shape, the size, the location of the opening and the infill compressive strength. The actual properties of the infill and henceforth the characteristics needed for the diagonal strut model are based on the assessment of its lateral resistance by the subtraction of the response of the bare frame from the response of the infilled frame.
The objective of this research is to observe the actual response of a low-rise nonseismic moment-resisting masonry-infilled reinforced concrete frame subjected to varied levels of earthquake ground motions. The reduction scale for the model was determined as 1 : 5 considering the capacity of the shaking table to be used. This model was, then, subjected to the shaking table motions simulating Taft N2IE component earthquake ground motion, whose peak ground acceleration(PGA) was modified to 0.12g, 0.2g, 0.3g, and 0.4g. The g1oba1 behavior and failure mode were observed. The lateral accelerations and displacements at each story and local deformations at the critical portions of the structure were measured. Before and after each earthquake simulation test, free vibration tests and white noise tests were performed to find the changes in the natural period of the model. When the results of the masonry-infilled frame are compared with those of the bare frame, it can be recognized that masonry infills contribute to the large increase in the stiffness and strength of the g1oba1 structure whereas it also accompanies the increase of earthquake inertia forces. However, it is judged that masonry infills may be beneficial to the performance of the structure since the rate of increase in strength appears to be greater than that of the induced earthquake inertia forces.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.21
no.3
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pp.121-129
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2017
In this paper, the shake table test for the masonry infilled reinforced concrete frame with non-seismic details was carried out in order to evaluate its dynamic behaviour and damage under seismic condition. The tested specimens were the RC frame and the masonry infilled RC frame and the dynamic characteristics, such as a resonant period, acceleration response, displacement response and base shear force response, were compared between them. As a result of the shake table test, RC frame specimen had flexural cracks at the top and bottom of the column and shear cracks at the joints. In the case of masonry infilled RC frame, the damage of the frame was relatively minor but the sliding cracks and diagonal shear cracks on the masonry wall were severe at the final excitation. The resonant period of infilled RC frame specimen was shorter than that of the RC frame specimen because the masonry infill contributed to increase the stiffness. The maximum displacement response of the infilled RC frame specimen was decreased by about 20% than the RC frame specimen. It was analyzed that the masonry infill wall applied in this study contributed to increase the lateral strength of the RC frame with non - seismic detail by about 2.2 times and the stiffness by about 1.6 times.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.15
no.4
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pp.116-124
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2011
RC frames with unreinforced masonry infiledl walls are common in worldwide. Since infilled walls are normally considered as non-structural elements, their presence is often ignored by engineers. In this study, to improve the seismic performance of masonry walls, hexagonal block was developed and the influence of masonry infilled wall on the seismic performance of reinforced concrete(RC) frames that were designed in accordance with current code provisions without the consideration of earthquake loadings are investigated. Two 1/2 scale, single story, single bay, frame specimens were tested. The parameters investigated included that the strength of infilled wallls with respect to that of the lateral load history. The experimental results indicate that infilled walls can significantly improve the lateral stiffness and strength of RC frames. The lateral loads developed by the infilled frame specimen is higher than that of the bare frame. It also indicates that infilled walls can be potentially used to improve the performance of existing nonductile frames. For this purpose. methods should be developed to avoid irreparable damage and catastrophic failure.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.29
no.1
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pp.85-93
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2016
In this study, finite element analyses of masonry infilled frames using a general purpose FE program, ABAQUS, were conducted. Analysis models consisted of the bare frame, infilled frames with masonry wall thickness of 0.5B and 1.0B, respectively. The masonry walls were constructed using the concrete bricks which were generally used in Korea as infilled wall. The material properties of frames and masonry for the analysis were obtained from material tests. However, four times increased the tensile strength was used for 1.0B wall, which is seemingly due to the differences in locating the bricks. The force-displacement relation and development of crack from the FE analysis were very similar to those from the experiments. From the FEA results, contact force between the frame and masonry, distribution of shear force and bending moments in frame members were analyzed. Obtained contact stress shows a trianglur distribution, and the contact length for 0.5B speciment and 1.0B specimen were close to the value estimated using ASCE 41-06 equation and ASCE 41-13 equation, respectively. Obtained shear force and bending moment distribution seems to replicate actual behavior which originates from the contact stress and gap between the frame and masonry.
The objective of the research stated herein is to observe the elastic and inelastic behaviors and ultimate capacity of 1:5 scale 3-story reinforced concrete frame. Pushover tests were performed to 1:5 scale 3-story reinforced concrete frames with and without infilled masonry. To simulate the earthquake effect, the lateral force distribution was maintained by an inverted triang1e by using the whiffle tree. From the test results, the relation ships between the total lateral load and the roof drift, the distribution of column shears, the relation between story shear and story drift, and the angular rotations at the critical portions of structures were obtained. The effects of infilled masonry were investigated with regards to the stiffness, strength, and ductility of structures. Final collapse modes of structures with and without infilled masonry were compared.
Kim, Chan Ho;Lee, Seung Jae;Heo, Seok Jae;Eom, Tae Sung
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.26
no.3
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pp.137-147
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2022
This study investigated the seismic performance of reinforced concrete (RC) wall-slab frames with masonry infills. Four RC wall-slab frames with or without masonry infill were tested under cyclic loading. The RC frames were composed of in-plane and out-of-plane walls and top and bottom slabs. For masonry infill walls, cement bricks were stacked applying mortar paste only at the bed joints, and, at the top, a gap of 50 mm was intentionally left between the masonry wall and top RC slab. Both sides of the masonry walls were finished by applying ordinary or fiber-reinforced mortars. The tests showed that despite the gap on top of the masonry walls, the strength and stiffness of the infilled frames were significantly increased and were different depending on the direction of loading and the finishing mortars. During repeated loading, the masonry walls underwent horizontal and diagonal cracking and corner crushing/spalling, showing a rocking mode inside the RC wall-slab frame. Interestingly, this rocking mode delayed loss of strength, and as a result, the ductility of the infilled frames increased to the same level as the bare frame. The interaction of masonry infill and adjacent RC walls, depending on the direction of loading, was further investigated based on test observations.
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