Although a critical section reaches its flexural strength in reinforced concrete structures, the structure does not always fail because moment redistribution occurs during the formation of plastic hinges. Inelastic deformation in a plastic hinge region results in plastic rotation. A plastic hinge mainly depends on material characteristics. In this study, a plastic hinge length and plastic rotation are evaluated using the flexural curvature distribution which is derived from the material models given in Eurocode 2. The influence on plastic capacity the limit values of the material model used, that is, ultimate strain of concrete and steel and hardening ratio of steel(k), are investigated. As results, it is appeared that a large ultimate strain of concrete and steel is resulting in large plastic capactiy and also as a hardening ratio of steel increases, the plastic rotation increases significantly. Therefore, a careful attention would be paid to determine the limit values of material characteristics in the RC structures.
Qiang, Xuhong;Wu, Nianduo;Jiang, Xu;Luo, Yongfeng;Bijlaard, Frans
International journal of steel structures
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v.18
no.4
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pp.1350-1362
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2018
Full-scale experimental study and numerical analysis on behaviors and failure mechanisms of full high strength steel extended endplate connections in fire have been carried out and presented in this paper. The experimental behaviors of the connections were compared with the provisions of Eurocode 3. The test results show that the failure modes of the connections in fire are bolt failure with yielding of the flange, as same as those at ambient temperature. The failures of the bolts in fire are ductile while they are brittle at ambient temperature. The rotation capacity of the connections in fire is proved sufficient. What is more, at elevated temperature $550^{\circ}C$, the plastic moment resistances of Q690 and Q960 full high strength steel endplate connections are only 40% of those at ambient temperature, while their initial rotation stiffness are 66 and 63% respectively. But the rotation capacities of Q690 and Q960 high strength steel endplate connections are 1.38 and 1.74 times of those at ambient temperature. Moreover, it is found that the component method Eurocode 3 proposed based on connections made of mild steels can be used to calculate plastic resistances and to predict failure modes of high strength steel endplate connections in fire, but it is not suitable to predict their stiffness. The suggestions about rotation capacity of connections in Eurocode 3 are found too conservative for high strength steel endplate connections in fire.
This paper presents the results from a systematic finite element study on the bending moment resisting capacity of double web-angle connection for a CFT(concrete filled tube) composite frame subjected to cyclic loading. The three-dimensional nonlinear finite element models are constructed to investigate the rotational stiffness, bending moment capacity, and failure modes of the partially restrained composite CFT connections. A wide scope of additional structural behaviors explain the different influences of the double web-angle connections parameters, such as the different thickness of connection angles and the gage distances of high strength steel connection bar. The moment-rotation angle relationships obtained statically from the finite element analysis are compared with those from Richard's theoretical equation.
The slim-floor solution provides an efficient alternative to the classic slab-over-beam configuration due to architectural and structural benefits. Two deficiencies can be identified in the current state-of-art: (i) the technique is limited to nonseismic applications and (ii) the lack of information on moment-resisting slim-floor beam-to-column joints. In the seismic design of framed structures, continuous beam-to-column joints are required for plastic hinges to form at the ends of the beams. The present paper proposes a slim-floor technical solution capable of expanding the current application of slim-floor joints to seismic-resistant composite construction. The proposed solution relies on a moment-resisting connection with a thick end-plate and large-diameter bolts, which are used to fulfill the required strength and stiffness characteristics of continuous connections, while maintaining a reduced height of the configuration. Considering the proposed novel solution and the variety of parameters that could affect the behavior of the joint, experimental and numerical validations are compulsory. Consequently, the current paper presents the experimental and numerical investigation of two slim-floor beam-to-column joint assemblies. The results are discussed in terms of moment-rotation curves, available rotational capacity and failure modes. The study focuses on developing reliable slim-floor beam joints that are applicable to steel building frame structures located in seismic regions.
Recent test results on reduced beam section (RBS) steel moment connections show that specimens with a bolted web connection tend to perform poorly due to premature brittle fracture of the beam flange at the weld access hole. A review of previous test results indicates that the higher incidence of base metal fracture in bolted-web specimens is related, at least in part, to the web bolt slippage and the high stress concentration at the weld access hole with the lowest material toughness. The practice of providing web bolts uniformly along the beam depth based on the classical beam theory is questioned in this paper. A new seismic design procedure, which is more consistent with the actual load path identified from the analytical and experimental studies, is proposed together with improved connection details. A test specimen designed following the proposed procedure exhibited a cyclic connection rotation capacity sufficient for special moment frames without fracture.
In this paper a systematic numerical analysis is performed to obtain the bending moment resisting capacity of a top and seat angle connection, which is a type of partially restrained connection, for a CFT composite frame subjected to cyclic loading. This partially restrained composite CFT connections are fabricated using high strength steel connection bar. 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 top and seat angle connection's parameters, such as the different thickness of connection angles and the gage distances of the high strength steel bar. The moment-rotation angle relationships obtained from the finite element analysis are compared with those from Richard's theoretical equation.
The present study investigated the earthquake behavior of R/C structures considering the vertical earthquake motion with the help of a comparative study. For this aim, the linear time-history analyses of a high-rise R/C structure designed according to TSC-2007 requirements were conducted including and excluding the vertical earthquake motion. Earthquake records used in the analyses were selected based on the ratio of vertical peak acceleration to horizontal peak acceleration (V/H). The frequency-domain analyses of the earthquake records were also performed to compare the dominant frequency of the records with that of the structure. Based on the results obtained from the time-history analyses under the earthquake loading with (H+V) and without the vertical earthquake motion (H), the value of the overturning moment and the top-story vertical displacement were found to relatively increase when considering the vertical earthquake motion. The base shear force was also affected by this motion; however, its increase was lower compared to the overturning moment and the top-story vertical displacement. The other two parameters, the top-story lateral displacement and the top-story rotation angle, barely changed under H and H+V loading cases. Modal damping ratios and their variations in horizontal and vertical directions were also estimated using response acceleration records. No significant change in the horizontal damping ratio was observed whereas the vertical modal damping ratio noticeably increased under H+V loading. The results obtained from this study indicate that the desired structural earthquake performance cannot be provided under H+V loading due to the excessive increase in the overturning moment, and that the vertical damping ratio should be estimated considering the vertical earthquake motion.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.27
no.6
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pp.663-672
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2014
Recently, modular structural systems have been applicable to building construction since they can significantly reduce building construction time. They consists of several unit modular frames of which each beam-column joint employs an access hole for connecting unit modular frames. Their structural design is usually carried out under the assumption that their load-carrying mechanism is similar to that of a traditional steel moment-resisting system. In order to obtain the validation of this assumption, the cyclic characteristics of beam-column joints in a unit modular frame should be investigate. This study carried out finite element analyses(FEM) of unit modular frames to investigate the cyclic behavior of beam-column joints with the structural influence of access holes. Analysis results show that the unit modular frames present stable cyclic response with large deformation capacities and their joints are classified into partial moment connections. Also, this study develops a simple spring model for earthquake nonlinear analyses and suggests the Ramberg-Osgood hysteretic rule to capture the cyclic response of unit modular frames.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.10
no.3
s.49
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pp.149-158
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2006
The reduced beam section (RBS) steel moment connection has performed well in past numerous tests. However there still remain several design issues that should be further examined. One such issue on RBS connection performance is the panel zone strength. Although a significant amount of test data are available, a specific recommendation for a desirable range of panel zone strength versus beam strength has yet to be proposed. In this paper, the effects of panel zone strength on the cyclic performance of RBS connection are investigated based on the available test database from comprehensive independent testing programs. A criterion for a balanced panel zone strength that assures sufficient plastic rotation capacity while reducing the amount of beam buckling is proposed. Numerical studies to supplement the test results are then presented based on the validated finite element analysis. Satisfactory numerical simulation achieved in this study also indicates that numerical analysis based on quality finite element modeling can supplement or replace, at least in part, the costly full-scale cyclic testing of steel moment connections.
A simplified model which incorporates the moment-axial tension interaction of the double-span beams in a column-removed steel frame is presented in this paper. To this end, material and geometric nonlinear parametric finite element analyses were conducted for the double-span beams by changing the beam span to depth ratio and the beam size within some practical ranges. The beam span to depth ratio was shown to be the most influential factor governing the catenary action of the double-span beams. Based on the parametric analysis results, a simplified piece-wise linear model which can reasonably describe the vertical resisting force versus the beam chord rotation relationship was proposed. It was also shown that the proposed method can readily be used for the energy-based progressive collapse analysis of steel moment frames.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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