The use of box columns has been increased due to the rigidity in rigid orthogonal moment resisting frames. On the other hand, the installation and welding of necessary horizontal continuity plates inside the columns are both labor-consuming and costly tasks. Accordingly, in this paper, a new beam-to-box column connection by trapezoidal external stiffeners and horizontal bar mats is presented to provide seismic parameters. The proposed connection consists of eight external stiffeners in the level of beam flanges and five horizontal bar mats in Concrete Filled Tube (CFT) columns. The new connection effectively alleviates the stress concentration and moves the plastic hinge away from the column face by horizontal external stiffeners. In addition, the result shows that proposed connection has provided the required strength and rigidity of connection, so that the increased strength, 8.08% and rigidity, 3.01% are compared to connection with internal continuity plates, also the results indicate that this connection can offer appropriate ductility and energy dissipation capacity for its potential application in moment resisting frames in seismic region. As a result, the proposed connection can be a good alternative for connection with continuity plates.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.10
no.4
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pp.461-478
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2016
This paper aims to provide guidelines for the numerical modeling of reinforced concrete (RC) frame elements in order to assess the seismic performance of structures. Several types of numerical models RC frame elements are available in nonlinear structural analysis packages. Since these numerical models are formulated based on different assumption and theories, the models accuracy, computing time, and applicability vary, which poses a great difficulty to practicing engineering and limits their confidence in the analysis resultants. In this study, the applicability of four representative numerical models of RC frame elements is evaluated through comparison with experimental results of four-storey bare frame available from European Laboratory for Structural Assessment. The accuracy of a numerical model is evaluated according to the top displacement, interstorey drift, Maximum storey shear, damage pattern and energy dissipation capacity of the frame structure. The results obtained allow a better understanding of the characteristics and potentialities of all procedures, helping the user to choose the best approach to perform nonlinear analysis.
This paper presents experimental investigations of the fundamental behavior of concrete filled steel tube (CFT) beam-columns under fire loading. A total of thirteen specimens were tested to determine the axial force-moment-curvature-temperature behavior of CFT beam-columns. The experimental approach involved the use of: (a) innovative heating and control equipment to apply thermal loading and (b) digital image correlation with close-range photogrammetry to measure the deformations (e.g., curvature) of the heated region. Each specimen was sequentially subjected to: (i) constant axial loading; (ii) thermal loading in the expected plastic hinge region following the ASTM E119 temperature-time T-t curve; and (iii) monotonically increasing flexural loading. The effects of various parameters on the strength and stiffness of CFT beam-columns were evaluated. The parameters considered were the steel tube width, width-tothickness ratio, concrete strength, maximum surface temperature of the steel tube, and the axial load level on the composite CFT section. The experimental results provide knowledge of the fundamental behavior of composite CFT beam-columns, and can be used to calibrate analytical models or macro finite element models developed for predicting behavior of CFT members and frames under fire loading.
There are two methods to model the plastification of members comprising lumped and distributed plasticity. When a reinforced concrete member experiences inelastic deformations, cracks tend to spread from the joint interface resulting in a curvature distribution; therefore, the lumped plasticity methods assuming plasticity is concentrated at a zero-length plastic hinge section at the ends of the elements, cannot model the actual behavior of reinforced concrete members. Some spread plasticity models including uniform, linear and recently power have been developed to take extended inelastic zone into account. In the aforementioned models, the extended inelastic zones in proximity of critical sections assumed close to connections are considered. Although the mentioned assumption is proper for the buildings simply imposed lateral loads, it is not appropriate for the gravity load effects. The gravity load effects can influence the inelastic zones in structural elements; therefore, the plasticity models presenting the flexibility distribution along the member merely based on lateral loads apart from the gravity load effects can bring about incorrect stiffness matrix for structure. In this study, the linear flexibility distribution model is improved to account for the distributed plasticity of members subjected to both gravity and lateral load effects. To do so, a new model in which, each member is taken as one structural element into account is proposed. Some numerical examples from previous studies are assessed and outcomes confirm the accuracy of proposed model. Also comparing the results of the proposed model with other spread plasticity models illustrates glaring error produced due to neglecting the gravity load effects.
There are two types of nonlinear analysis methods for building frameworks depending on the method of modeling the plastification of members including lumped plasticity and distributed plasticity. The lumped plasticity method assumes that plasticity is concentrated at a zero-length plastic hinge section at the ends of the elements. The distributed plasticity method discretizes the structural members into many line segments, and further subdivides the cross-section of each segment into a number of finite elements. When a reinforced concrete member experiences inelastic deformations, cracks tend to spread form the joint interface resulting in a curvature distribution. The program IDARC includes a spread plasticity formulation to capture the variation of the section flexibility, and combine them to determine the element stiffness matrix. In this formulation, the flexibility distribution in the structural elements is assumed to be the linear. The main objective of this study is to evaluate the accuracy of linear flexibility distribution assumed in the spread inelasticity model. For this purpose, nonlinear analysis of two reinforced concrete frames is carried out and the linear flexibility models used in the elements are compared with the real ones. It is shown that the linear flexibility distribution is incorrect assumption in cases of significant gravity load effects and can be lead to incorrect nonlinear responses in some situations.
Xie, Qiang;Sinaei, Hamid;Shariati, Mahdi;Khorami, Majid;Mohamad, Edy Tonnizam;Bui, Dieu Tien
Steel and Composite Structures
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v.30
no.5
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pp.433-441
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2019
The aim of this research is reinforcing of concrete with variety of fiber reinforced polymer (FRP) configurations and investigates the load capacity and ductility of these connections using an experimental investigation. Six scaled-down RC exterior joints were tested under moderately monotonic loads. The results show that, the shape of the FRP had a different effect on the joint capacity and the connection ductility coefficient. The greatest effect on increasing the ductility factor was seen in the sample where two reinforcement plates were used on both sides of the beam web (RCS5 sample). For the sample with the presence of FRP plates at the top and bottom of the beam (RCS3 sample), the ductility factor was reduced even the load capacity of this sample increased. Except for the RCS3 sample, the rest of the samples exhibited an increase in the ductility factor due to the FRP reinforcement.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.28
no.5
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pp.38-46
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2024
In Korea, more than 60% of the population lives in apartment buildings with wall structures that exhibit brittle behavior during earthquakes. Therefore, in recent performance-based seismic design, the selection of the energy dissipation coefficient for reinforced concrete (RC) walls in nonlinear dynamic analysis is very important. Previous experimental studies have reported that the main factors affecting the energy dissipation capacity of RC walls are the axial force ratio, the spacing of transverse reinforcement of boundary element, and the aspect ratio. The Architectural Institute of Korea and the Korea Concrete Institute proposed a concentrated plastic hinge model and the energy dissipation coefficient for each RC member in the guideline 「Nonlinear Analysis Model for Performance-Based Seismic Design of Reinforced Concrete Building Structures, 2021.」 The proposed equation for the energy dissipation coefficient does not include the factors of axial force ratio and spacing of transverse reinforcement of boundary element. The aspect ratio is applied to the flexural plastic model, despite considering shear-dominated behavior. Therefore, it is necessary to examine the effect of the aspect ratio according to the analysis model. In this study, the influence of each factor on the energy dissipation coefficient was analyzed by comparing the results of existing experimental research, nonlinear analysis using the fiber element model of a nonlinear analysis program(Perform 3D), and the energy dissipation coefficient proposed in the guideline. As the axial force ratio increased, the energy dissipation coefficient decreased, and as the spacing of transverse reinforcement of boundary element decreased, the energy dissipation coefficient increased. Additionally, as the aspect ratio increased, the energy dissipation coefficient tended to increase, with the aspect ratio showing the greatest influence.
Choi, Yong Ju;Yi, Jong Won;Shin, Chul Ho;Lee, Hak Eun
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.18
no.1
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pp.81-91
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2006
The corrugated web is a plate that was manufactured with a corrugated shape. It is widely used in bridges, buildings, and culverts. A girder with a corrugated web can be crippled by local, in-plane compressive loads. Due to its high out-of-plane strength, however, a stiffener is usually not needed in trapezoidally corrugated plates, and the corrugated profile of the web can change the boundary condition of the edge load. Some researchers have studied the strength of the partial-edge loading of the trapezoidally corrugated web, but they have not considered the profile of corrugation in their studies. This paper investigates the influence of the corrugate profile. A parametric study was conducted on the shape parameter using the finite-element method. In this parametric study, the relationship between the corrugated shape and the partial-edge strength was also investigated by dividing the partial-edge strength into the web capacity and the flange capacity.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.26
no.4
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pp.309-318
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2013
Abutment-to-pile connection in an integral abutment bridge is vulnerable to lateral displacement induced by thermal movement of the superstructure. However, previous researches have merely focused on the connection. In order to improve the performance of the connection, new abutment-to-pile connection designs were proposed based on quasi-static nonlinear finite element model. The reinforcement detail specified in PennDOT DM4 and HSS tube were barely effective in controlling crack growing but spiral rebar effectively performed to delay crack growth as well as absorbing energy capacity. However, it was found that delaying cracking and strengthening the connection also caused the high lateral load in superstructures. Consequently, shape of HP pile were modified to introduce plastic hinge of the HP pile for reducing the lateral load in superstructures. Connections with modified HP pile significantly prevented crack propagations under the lateral displacement.
Kim, Hee Dong;Yang, Jae Guen;Lee, Jae Yun;Lee, Hyung Dong
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.26
no.2
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pp.133-142
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2014
Double split tee connection is a full strength-partial restrained connection that suitable for ordinary moment frame and special moment frame which demonstrates behavior characteristics depending on the stiffness ratio of columns and beams, changes in the geometric shape of the T-stub, number of fasteners and effect of panel zone. For the double split tee connection to ensure structurally safe behavior, it needs to exhibit sufficient strength, stiffness and ductile capacity. This study sought to investigate the effects of the moment-rotation angle relationship of the double split tee connection and to evaluate the initial rotational stiffness of the double split tee connection depending on changes in the geometric shape of the T-stub. To this end, two different double split tee connection specimens are experimented which designed to change geometric parameter values (${\alpha}^{\prime}$) of the T-stub, and a three-dimensional finite element analysis was performed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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