Experience of previous earthquakes shows that a considerable portion of concrete precast buildings sustain relatively large damages especially at the beam-column joints where the damages are mostly caused by bar slippage. Precast concrete buildings have a kind of discontinuity in their beam-column joints, so reinforcement details in this area is too important and have a significant effect on the seismic behavior of these structures. In this study, a relatively simple and efficient nonlinear model is proposed to simulate pre- and post-elastic behavior of the joints in usual practice of precast concrete building. In this model, beam and column components are represented by linear elastic elements, dimensions of the joint panel are defined by rigid elements, and effect of slip is taken into account by a nonlinear rotational spring at the end of the beam. The proposed method is validated by experimental results for both internal and external joints. In addition, the seismic behavior of the precast building damaged during Bojnord earthquake 13 May 2017, is investigated by using the proposed model for the beam-column joints. Damage unexpectedly inducing the precast building in the moderate Bojnord earthquake may confirm that bearing capacity of the precast building was underestimated without consideration of joint behavior effect.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2021.05a
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pp.157-158
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2021
Recently, there have been a growing number of cases using precast concrete construction methods to efficiently carry out construction projects. In order to efficiently carry out PC construction, it is necessary to establish a production plan of PC components that effectively reflect various design alternatives during the initial design stage. Because the production plan of PC components is based on productivity of PC members, the use of PC production simulations that can effectively predict productivity for design alternatives is necessary. Therefore, this paper propose a method to efficiently generate design alternatives which is necessary to perform to production simulations using parametric modeling techniques and BIM.
The precast reinforced concrete frame system is a method for industrialization of construction. However, the seismic performance factor of this structural system is not explicitly clarified in some existing building codes. In this paper, the seismic performance factor for the existing precast concrete building frame systems with cast-in-situ reinforced shear walls were evaluated. Nonlinear behavior of the precast beam-column joints and cast-in-situ reinforced shear walls were considered in the modeling of the structures. The ATC-19's coefficient method was used for calculating the seismic performance factor and the FEMA P-695's approach was adopted for evaluating the accuracy of the computed seismic performance factor. The results showed that the over-strength factor varies from 2 to 2.63 and the seismic performance factor (R factor) varies from 5.1 to 8.95 concerning the height of the structure. Also, it was proved that all of the examined buildings have adequate safety against the collapse at the MCE level of earthquake, so the validity of R factors was confirmed. The obtained incremental dynamic analysis (IDA) results indicated that the minimum adjusted collapse margin ratio (ACMR) of the precast buildings representing the seismic vulnerability of the structures approximately equaled to 2.7, and pass the requirements of FEMA P-695.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.22
no.5
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pp.451-462
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2022
The objective of the study is to establish a BIM modeling of precast concrete(PC) shear wall with various wall-to-base connections. The family library of PC shear wall was established in BIM program using component function in a IFC(Industry foundation classes) file format and SketchUp program. From the BIM program, the amounts of concrete, reinforcing bars and steel materials as well as the interference of arranged reinforcing bars can be accurately evaluated in the PC shear walls with spliced sleeves, bolt, or welding plate connection methods. Although the additional metallic materials such as steel plates, bolts, and nuts were used in the PC shear walls with welding plate connection method, their amounts of materials, economic efficiency, and environmental impact were similar to those with spliced sleeve connection. Consequently, the bolt or welding connection is a highly applicable method as wall-to-base connection of PC shear walls, and it was a more useful method than spliced sleeve method, particularly considering the constructability.
This paper deals with the behavior of fresh concrete that is under vibration using mass-spring model (MSM). To this end, behaviors of two different full scale precast concrete molds were investigated experimentally and theoretically. Experiments were performed under vibration with the use of a computer-based data acquisition system. Transducers were used to measure time-dependent lateral displacements at some points on mold while mold is empty and full of fresh concrete. Analytical modeling of molds used in experiments were prepared by three dimensional finite element method (3D FEM) using software. Modeling of full mold, using MSM, was made to solve the problem of dynamic interaction between fresh concrete and mold. Numerical displacement histories obtained from time history analysis were compared with experimental results. The comparisons show that the measured and computed results are compatible.
Magdy I. Salama;Jong Wan Hu;Ahmed Almaadawy;Ahmed Hamoda;Basem O. Rageh;Galal Elsamak
Steel and Composite Structures
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v.50
no.6
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pp.627-641
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2024
This paper presents an experimental and numerical study to investigate the behavior of the precast segmental concrete beams (PSCBs) utilizing high-strength concrete (HSC) connected in the zone of the maximum bending moment using steel extended endplate connections (EECs). The experimental study consisted of five beams as follows: The first beam was the control beam for comparison, which was an unconnected one-piece beam made of HSC. The other four other beams consisted of two identical pieces of precast concrete. An important point to be noted is that at the end of each piece, a steel plate was used with a thickness of 10 mm. Moreover, this steel plate was welded to the lower and upper reinforcing bars of the beam. Furthermore, the steel plate was made to connect the two pieces using the technique of EECs. Several variables were taken in these four beams, whether from the shape of the connection or enhancing the behavior of the connection using the post-tensioning technique. EECs without stiffeners were used for some of the tested beams. The behavior of these connections was improved using stiffeners and shear bolts. To get accurate results, a comparison was made between the behaviors of the five beams. Another important point to be noted is that Abaqus and SAP2000 programs were used to investigate the behavior of PSCBs and to ensure the accuracy of the modeling process which showed a good agreement with the experimental results. Additionally, the simplified modeling using SAP2000 was able to model the nonlinear behavior of PSCBs connected using steel EECs. It was found that the steel pre-tensioned bolted EECs, reinforced with steel stiffeners and shear anchors, could be used to connect the precast HSC segmental beams via the internal pre-stressing technique.
To explore seismic behavior of blind bolted concrete-filled steel tube (CFST) frames infilled with precast sandwich composite wall panels (SCWPs), a series tests of blind bolted square CFST frames with precast SCWPs under lateral low-cyclic loading were conducted. The influence of the type of wall concrete, wall-to-frame connection and steel brace setting, etc. on the hysteretic curves and failure modes of the type of composite structure was investigated. The seismic behavior of the blind bolted CFST frames with precast SCWPs was evaluated in terms of lateral load-displacement relation curves, strength and stiffness degradation, crack patterns of SCWPs, energy dissipation capacity and ductility. Then, a finite element (FE) analysis modeling using ABAQUS software was developed in considering the nonlinear material properties and complex components interaction. Comparison indicated that the FE analytical results coincided well with the test results. Both the experimental and numerical results indicated that setting the external precast SCWPs could heighten the load carrying capacities and rigidities of the blind bolted CFST frames by using reasonable connectors between frame and SCWPs. These experimental studies and FE analysis would enable improvement in the practical design of the SCWPs in fabricated CFST structure buildings.
International conference on construction engineering and project management
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2024.07a
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pp.2-9
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2024
In Japan, when constructing frames using Precast Concrete (PCa) methods, unique building components are used. These include integrating column tops with beam ends or using cast-in-place concrete in the panel zone. Planning these components requires considering various factors such as the loading capacity of trailers, crane lifting capacity, joining methods, and equipment penetrations. Building Information Modeling (BIM) technology has become increasingly common in construction planning. However, extracting the necessary information for construction planning directly from the design BIM model is challenging. This difficulty arises because the design BIM model organizes columns and beams in different division units than those used in construction. To address this issue, our study models the concept of the "panel zone" and proposes a method for representing a PCa BIM model composed of panel zones, columns, and beams as PCa products. The study decomposes and combines columns and beams, with parametric changes applied to the panel zone range. Additionally, our study analyzes factors related to the design and planning of column and beam PCa products through interviews and questionnaire surveys conducted with general contractors. An evaluation mechanism for the proposed column and beam division was also established. Based on the findings, a BIM-based method was developed for planning the PCa construction method of the frame using a genetic algorithm. This approach provides a technological solution that supports the planning of frame division, considering the construction rationale at the early design stage.
Bridge piers typically have circular or rectangular shapes without decorative design. Prefabrication for accelerated construction has been widely adopted in bridge structures. Cost for steel formwork is a main restriction of creative irregular shapes. 3D modelling techniques allow creative design of columns and 3D printing provides possibility to minimize the fabrication cost. In this paper, 3D design process of bridge piers was suggested by converting 2D picture into 3D decorative shape. Formwork design using 3D printed panels was also proposed and mock-up tests were conducted. Precast columns need accurate geometry control from fabrication to assembly. Laser scanning and geometry control devices were adopted. Through the digitalized process of design, fabrication and assembly, creative design of structures can be realized in reasonable cost range.
This report describes the development of a program that can be linked to an alignment and extracts related information using a prefab structured digital engineering model. The subject bridge was set as a straight alignment, the Superstructure type as Precast girder and the Substructure type as Precast pier and Cast-in-situ Abutment. We identified the variables required to create a digital engineering model and reviewed them to create the digital engineering model by entering them as numerical values in the program. In addition, it is configured so that the variables linked to the alignment can be entered numerically. The quantity takeoff can be calculated when the design is complete. The purpose of the program development presented in this report is to enable the designers to select the optimal alternative by designing a bridge that best fits their current situation, extracting the relevant information and then by providing it to the manufacturer and construction company.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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