In the recent years, rehabilitation of structures, strengthening and increasing the ductility of them under seismic loads have become so vital that many studies has been carried out on the retrofit of steel and concrete members so far. Bridge piers are very important members concerning rehabilitation, in which the plastic hinging zone is very vulnerable. Pier is usually confined by special stirrups predicted in the design procedure; moreover, fiber-reinforced polymers (FRP) jackets are used after construction to confine the pier. FRP wrapping of the piers is one of the most effective ways of increasing moment and ductility capacity of them, which has a growing application due to its relative advantages. In many earthquake-resistant bridges, reinforced concrete columns have a major defect which could be retrofitted in different ways like using FRP. After rehabilitation, it is important to check the strengthening adequacy by dynamic nonlinear analysis and precise modeling of material properties. If the plastic hinge properties are simplified for the strengthened members, as the simplified properties which FEMA 356 proposes for non-strengthened members, static nonlinear analysis could be performed more easily. Current paper involves this matter and it is intended to determine the plastic hinge properties for static nonlinear analysis of the FRP-strengthened circular columns.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2007.05a
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pp.336-339
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2007
In order to investigate the cause of fluting in tangential bending of low carbon steel sheet, an analytic analysis, an experiment and a series of finite element analysis for bending process were done. The fluting in bended sheet was due to the yield point elongation of material. Due to the yield point elongation, unstable plastic hinge was occurred in course of bending of elastic perfectly plastic sheet. According to the analysis and computational results, lower yield point elongation than 5% was required to prevent fluting in $0.5{\sim}0.6t$ sheet in $15{\sim}20mm$ radius bending.
In order to investigate the cause and condition of fluting in tangential bending of low carbon steel sheet, an analytic analysis, an experiment and a series of finite element analysis for bending process were done. The fluting in bended sheet was related with the yield point elongation of material. Due to the yield point elongation, unstable plastic hinge was occurred in course of bending of elastic perfectly plastic sheet. According to the analysis and computational results, lower yield point elongation than 5% was required to prevent fluting in 0.5-0.6t sheet in $15{\sim}25mm$ radius bending. The tendency of fluting occurrence was reduced as decreasing the radius of bending, increasing thickness of bended sheet, and removing irregularity in sheet and bending processes.
In this paper, a conventional refined plastic hinge analysis is improved to account for the effects of local buckling and lateral-torsional buckling. The degradation of flexural strength caused by these effects is implicitly considered using practical LRFD equation. The second-order effect is captured using stability functions to minimize modeling and solution time. An incremental-iterative scheme based on the generalized displacement control method is employed to solve the nonlinear equilibrium equations. A computer program is developed to predict the second-order inelastic behavior of space steel frames. To verify the accuracy and efficiency of the proposed program, the obtained results are compared with the existing results and those generated using the commercial finite element package ABAQUS. It can be concluded that the proposed program proves to be a reliable and effective tool for daily use in engineering design.
In the case of seismic-resistant composite dual moment resisting and eccentrically braced frames, the current design practice is to avoid the disposition of shear connectors in the expected plastic zones, and consequently to consider a symmetric moment or shear plastic hinges, which occur only in the steel beam or link. Even without connectors, the real behavior of the hinge may be different from the symmetric assumption since the reinforced concrete slab is connected to the steel element close to the hinge locations, and also due to contact friction between the concrete slab and the steel element. At a larger level, the structural response in the case of important seismic motions depends directly on the elasto-plastic behavior of elements and hinges. The numerical investigation presented in this study summarizes the results of elasto-plastic analyses of several steel frames, considering the interaction of the steel beam with the concrete slab. Several parameters, such as the inter-story drift, plastic rotation requirements and behavior factors q were monitored. In order to obtain accurate results, adequate models of plastic hinges are proposed for both the composite short link and composite reduced beam sections.
Park, Kwang-Soon;Ju, Hyeong-Seok;Shin, Hyun-Mock;Kim, Moon-Kyum
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.12
no.6
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pp.1-12
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2008
As internal and external seismic experiment results, the seismic performance of RC bridge piers is largely dependent on the ratio of lap-spliced bars to all longitudinal reinforcing bars in plastic hinge regions, and confining effects of transverse reinforcements. Capacity and displacement ductility of non-seismically designed existing RC piers are reduced by lap splices in plastic hinge regions. The provision for the lap splice of longitudinal reinforcing bars was not specified in KBDS (Korean Bridge Design Specifications) before the implementation of 1992 seismic design code, but the ratio of lap-spliced bars to all longitudinal reinforcing bars in plastic hinge regions is restricted to 50% in the 2005 version of KBDS. This paper presents a seismic assessment of RC piers at lap-splicing ratios of 0%, 50%, and 100%. Through a comparison of experimental and analytic results of RC piers, we introduce an appropriate ultimate strain of confined concrete in plastic hinge regions with lap-splices, and propose a method for estimating displacement ductility ratios of non-seismically designed existing RC piers using fiber element analysis.
Bridge piers with bending failure mode are seriously damaged only in the area of plastic hinge length in earthquakes. For this situation, a modified method for the layout of longitudinal reinforcement is presented, i.e., the number of longitudinal reinforcement is increased in the area of plastic hinge length at the bottom of piers. The quasi-static test of three scaled model piers is carried out to investigate the local longitudinal reinforcement at the bottom of the pier on the seismic performance of the pier. One of the piers is modified by increased longitudinal reinforcement at the bottom of the pier and the other two are comparative piers. The results show that the pier failure with increased longitudinal bars at the bottom is mainly concentrated at the bottom of the pier, and the vulnerable position does not transfer. The hysteretic loop curve of the pier is fuller. The bearing capacity and energy dissipation capacity is obviously improved. The bond-slip displacement between steel bar and concrete decreases slightly. The finite element simulations have been carried out by using ANSYS, and the results indicate that the seismic performance of piers with only increasing the number of steel bars (less than65%) in the plastic hinge zone can be basically equivalent to that of piers that the number of steel bars in all sections is the same as that in plastic hinge zone.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.15
no.1
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pp.117-126
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2002
In this paper, 3-D fame design using second-orders plastic-hinge analysis accounting for lateral torsional buckling is developed. This analysis accounts for material and geometric nonlinearities of the structural system and its component members. Moreover, the problem associated with conventional second-order plastic-hinge analyses, which do not consider the degradation of the flexural strength caused by lateral torsional buckling, is overcome. Efficient ways of assessing steel frame behavior including gradual yielding associated with residual stresses and flexure, second-order effect, and geometric imperfections are presented. In this study, a model consisting of the unbraced length and cross-section shape is used to account for lateral torsional buckling. The proposed analysis is verified by the comparison of the LRFD results. A case studs shows that lateral torsional buckling is a very crucial element to be considered in second-order plastic-hinge analysis. The proposed analysis is shown to be an efficient reliable tool ready to be implemented into design practice.
In this paper, 3-D frame design using refined plastic-hinge analysis accounting for local buckling is developed. This analysis accounts for material and geometric nonlinearities of the structural system and its component members. Moreover, the problem associated with conventional refined plastic-hinge analyses, which do not consider the degradation of the flexural strength caused by local buckling, is overcome. Efficient ways of assessing steel frame behavior including gradual yielding associated with residual stresses and flexure, second-order effect, and geometric imperfections are presented. In this study, a model consisting of the width-thickness ratio is used to account for local buckling. The proposed analysis is verified by the comparison of the LRFD results. A case study shows that local buckling is a very crucial element to be considered in second-order plastic-hinge analysis. The proposed analysis is shown to be an efficient, reliable tool ready to be implemented into design practice.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2001.10a
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pp.327-334
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2001
This paper presents a non-linear analysis procedure for plane frame structures by finite element formulation with assumptions of Timoshenko beam theory. Finite element displacement method based on Lagrangian formulation is used and two-noded and isoparametric line element is adopted to represent finite element model. The layered approach is used for the elasto-plastic analysis of the plane frame structures with rectangular and I cross sections. A load incremental method combined with the tangent stiffness and the initial stiffness methods for each load increment is used for the solution of non-linear equations. Numerical examples are presented to investigate the behavior and the accuracy of the elasto-plastic non-linear application and the results of this study are compared with other solutions using the concept of plastic hinge.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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