In this study, an unbraced five-story steel-framed structure was designed in accordance with KBC2005 to understand the features of structural behavior for the arrangement of semi-rigid connections. An inelastic time history analysis of structural models was performed, wherein all the connections were idealized as fully rigid and semi-rigid. Additionally, horizontal and vertical arrangements of semi-rigid connections were used for the models. A fiber model was utilized for the moment-curvature relationship of a steel beam and a column, a three-parameter power model for the moment-rotation angle of the semi-rigid connection, and a three-parameter model for the hysteretic behavior of a steel beam, column, and connection. The base-shear force, top displacement, story drift, required ductility for the connection, maximum bending moment of the column, beam, and connection, and distribution of the plastic hinge were investigated using four earthquake excitations with peak ground acceleration for a mean return period of 2,400 years and for the maximum base-shear force in the pushover analysis of a 5% story drift. The maximum base-shear force and story drift decreased with the outer vertical distribution of the semi-rigid connection, and the required ductility for the connection decreased with the higher horizontal distribution of the semi-rigid connection. The location of the maximum story drift differed in the pushover analysis and the time history analysis, and the magnitude was overestimated in the pushover analysis. The outer vertical distribution of the semi-rigid connection was recommended for the base-shear force, story drift, and required ductility for the connection.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.28
no.3
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pp.325-333
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2015
Recently, thermal bridge breaker systems(TBBSs) applicable to RC slab-wall connections have been increasingly studied and proposed. This study also aims at proposing an analytic model which is applicable to predicting the flexural behavior of TBBS embedded in slabs from the initial elastic stages, yield states to ultimate conditions. The analytic models are developed by considering strain compatibility, force equilibrium and the constitutive law obtained from material test results. To verify the accuracy of the proposed analytic model, the moment-curvature relationship and change of neutral axis according to the loading states are compared with those of experimental results. Based on the comparison, it is verified that the proposed analytic model provides well predict the flexural behavior of TBBS embedded in slabs.
Post-local buckling behavior is a very important consideration in plastic and seismic design of steel structures. It describes the structural behavior up to the final collapse state. In order to assess the actual reliability of structures under severe repeated loading, such as strong earthquakes, it is necessary to evaluate the progressive cyclic deterioration of stiffness as well as the strength and energy dissipation capacity of the structures after local buckling happens. In this study, a simple analytical model developed for predicting post-local buckling behavior for cyclic and non-proportional loading histories, has been proposed. This analytical model uses the stress resultant model based on the two surface model. Analytical moment-curvature relationship using this model compare well with the experimental results in constant amplitude cycling, and linearized energy deterioration which is very important in seismic design can be predicted from the proposed model.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.19
no.4
s.74
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pp.375-387
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2006
Different from the previous studies which investigated seismic P-$\Delta$ effect in slender columns though comparison of response spectra according to stability coefficients obtained from the analyses based on the assumed moment-curvature relationship, the axial force and P-$\Delta$ effect in RC columns are investigated on the basis of the layered section method which can effectively consider the changes of stiffness and yield strength due to the application of axial force in RC members. Practical ranges of slenderness and stability coefficient are assumed, and sixty sets of horizontal/vertical earthquake inputs are used in the analysis. From the parametric study, it is noted that the maximum deformation of the slender RC column is hardly affected by P-$\Delta$ effect or vortical earthquake but dominantly affected by the applied axial force. Therefore, it can be concluded that no additional consideration for the P-$\Delta$ effect and vortical earthquake is required in the seismic design of a slender RC column if the axial force effect is taken into account in the analysis and design procedures.
This study established a displacement ductility ratio model for ductile design for the boundary element of shear walls. To determine the curvature distribution along the member length and displacement at the free end of the member, the distributions of strains and internal forces along the shear wall section depth were idealized based on the Bernoulli's principle, strain compatibility condition, and equilibrium condition of forces. The confinement effect at the boundary element, provided by transverse reinforcement, was calculated using the stress-strain relationship of confined concrete proposed by Razvi and Saatcioglu. The curvatures corresponding to the initial yielding moment and 80% of the ultimate state after the peak strength were then conversed into displacement values based on the concept of equivalent hinge length. The derived displacement ductility ratio model was simplified by the regression approach using the comprehensive analytical data obtained from the parametric study. The proposed model is in good agreement with test results, indicating that the mean and standard deviation of the ratios between predictions and experiments are 1.05 and 0.19, respectively. Overall, the proposed model is expected to be available for determining the transverse reinforcement ratio at the boundary element for a targeted displacement ductility ratio.
In this study, an unbraced five-story steel-framed structure was designed in accordance with KBC2005 to understand the features of structural behavior for the arrangement of semi-rigid connections. A pushover analysis of the structural models was performed, wherein all the connections were idealized as fully rigid and semi-rigid. Additionally, horizontal and vertical arrangements of the semi-rigid connection were adopted for the models. A fiber model was utilized for the moment-curvature relationship of the steel beam and the column, and a three-parameter power model was adopted for the moment-rotation angle of the semi-rigid connection. The top displacement, base-shear force, required ductility for the connection, sequence of the plastic hinge, and design factors such as the overstrength factor, ductility factor, and response modification coefficient were investigated using the pushover analysis of a 2D structure subjected to the equivalent static lateral force of KBC2005. The partial arrangement of the semi-rigid connection was found to have secured higher strength and lateral stiffness than that of the A-Semi frame, and greater ductility than the A-Rigid frame. The TSD connection was found suitable for use for economy and safety in the sample structure.
In this study, a five-story steel frame was designed in accordance with KBC2005 to evaluate the effect of the beam-column connection on the structural behavior. The connections were designed as a fully rigid connection and as a semirigid connection. A fiber model was utilized to describe the moment-curvature relationship of the steel beam and column, and a three-parameter power model was adopted for the moment-rotation angle of the semirigid connection. To evaluate the effects of higher modes on structural behavior, the structure was subjected to a KBC2005-equivalent lateral load and lateral loads considering higher modes. The structure was idealized as a separate 2D frame and as a connected 2D frame. The pushover analysis of 2D frames for the lateral load yielded the top displacement-base shear force, design coefficients such as overstrength factor, ductility ratio, and response modification coefficient, demanded ductility ratio for the semirigid connection,and distribution of plastic hinges. The sample structure showed a greater response modification coefficient than KBC2005, the higher modes were found to have few effects on the coefficient, and the lateral load of KBC2005 was found to be conservative. The TSD connection was estimated to secure economy and safety in the sample structure.
This paper concerns the flexural behavior of steel fiber-reinforced ultra-high-performance concrete (UHPC) beams with compressive strength of 150 MPa. It presents experimental research results of hybrid steel fiber-reinforced UHPC beams with steel fiber content of 1.5% by volume and steel reinforcement ratio of less than 0.02. This study aims at investigating of compressive and tensile behavior of UHPC to perform a reasonable prediction for flexural capacity of UHPC beams. Tensile behavior modeling was performed using load-crack mouth opening displacement relationship obtained from bending test. The experimental results show that steel fiber-reinforced UHPC is in favor of cracking resistance and ductility of beams. The ductility indices range from 1.6 to 3.0, which means high ductility of hybrid steel fiber-reinforced UHPC. Test results and numerical analysis results for the moment-curvature relationship are compared. Though the numerical analysis results for the bending capacity of the UHPC beam without rebar is larger than test result, the overall comparative results show that the bending capacity of steel fiber-reinforced UHPC beams with compressive strength of 150 MPa can be predicted by using the established method in this paper.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.19
no.7
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pp.305-314
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2018
The steel-plate concrete composite beam is composed of a steel plate, concrete and a shear connector to combine the two inhomogeneous materials. In general, the steel plate is assembled by welding an existing composite beam. In this study, a new steel-plate concrete composite (SPCC) beam was developed to reduce the size of the shear connector and improve its workability. The SPCC beam was composed of folded steel plates and concrete, without any shear connector. The folded steel plate was assembled with high strength bolts instead of welding. To improve the workability in field construction, a hat-shaped cap was attached in the junction with the slab. Monotonic two-point load testing was conducted under displacement control mode. The flexural strength of the SPCC beam specimen was calculated to be 76% of that of the complete composite beam by using the plastic stress distribution method and strain compatibility method. The cap acted as the stud and accessory. The synthesis rate could be increased by controlling the gap of the cap, and the bending performance could be evaluated by using the strain fitting method considering the synthesis rate of the SPCC beam.
Among the methods for enhancement of load-carrying capacity on flexural concrete member, recently, a concept is being investigated which replaces the steel in a conventional reinforced concrete member with a fiber reinforced polymer(FRP) shell. This study focuses on modeling of the structural behavior of concrete surrounded with FRP shells in flexural bending members. A numerical model of fiber cross-sectional analysis is proposed to predict the stress and deformation state of the FRP shell and concrete. The stress-strain relationship of concrete confined by a FRP shell is formulated to be based on the constitutive law of concrete in multi-axial compressive stress state, in assuming that the compression response is dependent on the radial expansion of the concrete. To describe the FRP shell behavior, equivalent orthotropic properties of in-plane behavior from classical lamination theory are used. The present model is validated to compare with the experiments of 4-point bending tests of FRP shell concrete beam, and has well predicted the moment-curvature relationships of the members, axial and hoop strains in the section, and the enhancement of confinement effect in concrete surrounded by FRP shell.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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