The effect of reinforcing concrete members with high strength steel bars with yield strength up to 600 MPa on the overall seismic behavior of concrete moment frames was studied experimentally and numerically. Three geometrically identical plane frame models with two bays and two stories, where one frame model was reinforced with hot rolled bars (HRB) with a nominal yield strength of 335 MPa and the other two by high strength steel bars with a nominal yield strength of 600 MPa, were tested under simulated earthquake action considering different axial load ratios to investigate the hysteretic behavior, ductility, strength and stiffness degradation, energy dissipation and plastic deformation characteristics. Test results indicate that utilizing high strength reinforcement can improve the structural resilience, reduce residual deformation and achieve favorable distribution pattern of plastic hinges on beams and columns. The frame models reinforced with normal and high strength steel bars have comparable overall deformation capacity. Compared with the frame model subjected to a low axial load ratio, the ones under a higher axial load ratio exhibit more plump hysteretic loops. The proved reliable finite element analysis software DIANA was used for the numerical simulation of the tests. The analytical results agree well with the experimental results.
Detailed analysis of internal forces of exterior beam-column joints of RC frames under seismic action is reported in this paper. A formula is derived for calculating the average joint shear from the column shears, and a formula is proposed to estimate torque in eccentric joints induced by seismic action. Average joint shear stress and strain are defined consistently for exterior joints, which can be used to establish joint shear constitutive relationship. Numerical results of shear, bending moment and torque in joints induced by seismic action are presented for a pair of concentric and eccentric exterior connections extracted from a seismically designed RC frame, and two sections located at the levels of beam bottom and top reinforcement, respectively, are identified as the critical joint sections for evaluating seismic joint behavior. A simplified analysis of the effects of joint shear and torque on the flexural strengths of the critical joint sections is made for the two connections extracted from the frame, and the results indicate that joint shear and torque induced by a strong earthquake may lead to "joint-hinging" mechanism of seismically designed RC frames.
Lee, Han Seon;Jung, Dong Wook;Lee, Kyung Bo;Kim, Hee Cheul;Lee, Kihak
Structural Engineering and Mechanics
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v.40
no.4
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pp.517-539
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2011
This paper presents the seismic responses of a 1:5-scale five-story reinforced concrete building model, which represents a residential apartment building that has a high irregularity of weak story, soft story, and torsion simultaneously at the ground story. The model was subjected to a series of uni- and bi-directional earthquake simulation tests. Analysis of the test results leads to the following conclusions: (1) The model survived the table excitations simulating the design earthquake with the PGA of 0.187 g without any significant damages, though it was not designed against earthquakes; (2) The fundamental mode was the torsion mode. The second and third orthogonal translational modes acted independently while the torsion mode showed a strong correlation with the predominant translational mode; (3) After a significant excursion into inelastic behavior, this correlation disappeared and the maximum torsion and torsion deformation remained almost constant regardless of the intensity of the two orthogonal excitations; And, (4) the lateral resistance and stiffness of the critical columns and wall increased or decreased significantly with the large variation of acting axial forces caused by the high bi-directional overturning moments and rocking phenomena under the bi-directional excitations.
In this study, two beam-column elements based on the Elasto-Fiber element theory for reinforced concrete (RC) element have been developed and compared with each other. The first element is based on Elasto Fiber Approach (EFA) was initially developed for steel structures and this theory was applied for RC element in there and the second element is called as Fiber & Bernoulli-Euler element approach (FBEA). In this element, Cubic Hermitian polynomials are used for obtaining stiffness matrix. The beams or columns element in both approaches are divided into a sub-element called the segment for obtaining element stiffness matrix. The internal freedoms of this segment are dynamically condensed to the external freedoms at the ends of the element by using a dynamic substructure technique. Thus, nonlinear dynamic analysis of high RC building can be obtained within short times. In addition to, external loads of the segment are assumed to be distributed along to element. Therefore, damages can be taken account of along to element and redistributions of the loading for solutions. Bossak-${\alpha}$ integration with predicted-corrected method is used for the nonlinear seismic analysis of RC frames. For numerical application, seismic damage analyses for a 4-story frame and an 8-story RC frame with soft-story are obtained to comparisons of RC element according to both approaches. Damages evaluation and propagation in the frame elements are studied and response quantities from obtained both approaches are investigated in the detail.
This paper describes an experimental study on the seismic performance of steel reinforced concrete (SRC) T-shaped columns. The lateral loads were applied along the web of the column with different loading histories, such as monotonic loading, mixed loading of variable amplitude cyclic loading and monotonic loading, constant amplitude cyclic loading and variable amplitude cyclic loading. The failure modes, load-displacement curves, characteristic loads and displacements, ductility, strength and stiffness degradations and energy dissipation capacity of the column were analyzed. The effects of loading history on the seismic performance were focused on. The test results show that the specimens behaved differently in the aspects of the failure mode subject to different loading history, although all the failure modes can be summarized as flexural failure. The hysteretic loops of specimens are plump, and minimum values of the failure drift angles and ductility coefficients are 1/24 and 4.64, respectively, which reflect good seismic performance of SRC T-shaped column. With the increasing numbers of loading cycles, the column reveals lower bearing capacity and ductility. The strength and stiffness of the column with variable amplitude cyclic loading degrades more rapidly than that with constant amplitude cyclic loading, and the total cumulative dissipated energy of the former is less.
This study analyzed stresses in concrete and its reinforcement, computing the additional loading transferred by concrete creep. The loading varied from zero, structure exclusively under its self-weight, up to the critical buckling load. The studied structure was a real, tapered, reinforced concrete pole. As concrete is a composite material, homogenizing techniques were used in the calculations. Due to the static indetermination for determining the normal forces acting on concrete and reinforcement, equations that considered the balance of forces and compatibility of displacement on cross-sections were employed. In the mathematical solution used to define the critical buckling load, all the elements of the structural dynamics present in the system were considered, including the column self-weight. The structural imperfections were linearized using the geometric stiffness, the proprieties of the concrete were considered according to the guidelines of the American Concrete Institute (ACI 209R), and the ground was modeled as a set of distributed springs along the foundation length. Critical buckling loads were computed at different time intervals after the structure was loaded. Finite element method results were also obtained for comparison. For an interval of 5000 days, the modulus of elasticity and critical buckling load reduced by 36% and 27%, respectively, compared to an interval of zero days. During this time interval, stress on the reinforcement steel reached within 5% of the steel yield strength. The computed strains in that interval stayed below the normative limit.
Kim, Tae-Hoon;Kim, Young-Jin;Kim, Seong-Woon;Kim, Chul-Young;Shin, Hyun-Mock
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.11a
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pp.85-88
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2008
The purpose of this study was to investigate the seismic behavior of precast concrete segmental bridge piers with shear resistance connecting structure. A model of precast concrete segmental bridge columns with shear resistance connecting structure was tested under a constant axial load and a cyclically reversed horizontal load. A computer program, RCAHEST (Reinforced Concrete Analysis in Higher Evaluation System Technology), for the analysis of reinforced concrete structures was used. The proposed numerical method for the seismic behavior of precast concrete segmental bridge piers with shear resistance connecting structure is verified by comparison with reliable experimental results.
LEE, Do Hyung;Kim, Taewan;Kim, Seung Re;Chu, Yurim;Kim, Hyun Sik
Journal of Industrial Technology
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v.38
no.1
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pp.21-27
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2018
In January 2018, the Ministry of Education published "Seismic design criteria for school buildings" and "Manual for seismic performance evaluation and retrofit of school buildings" to evaluate seismic performances through linear analysis. This paper evaluates the seismic performance of an old school building through the linear analysis. The target building was constructed in the late 1970s, and the seismic-force-resisting system was assumed to be a reinforced concrete moment frame with an un-reinforced masonry wall. As a result of the evaluation, the target building does not satisfy the 'life safety' level of 1.2 times the design spectrum. The average strength ratio of moment frames, an indicator of the level of seismic performance tends to be controlled by beams. However, through the Pohang earthquake, it was known that the short column effect caused by the partially infilled masonry wall caused shear failure of the columns in school buildings. Therefore, it is necessary to improve the linear analysis so that the column controls the average strength ratio of moment frames.
Kim, Seung-Eock;Choi, Ji-Hun;Pham, Thai-Hoan;Truong, Viet-Hung;Kong, Zhengyi;Duong, Nguyen-The;Vu, Quang-Viet
Steel and Composite Structures
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v.37
no.1
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pp.75-90
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2020
This paper introduces a new composite joint, which is the composite CFST beam- concrete column joint, and it is more convenient for transportation and erection than conventionally welded joints. The main components of this joint include steel H-beams welded with CFST beams, reinforced concrete columns, and reinforced concrete slabs. The steel H-beams and CFST beams are connected with a concrete slab using shear connectors to ensure composite action between them. An experimental investigation was conducted to evaluate the proposed composite joint performance. A three-dimensional (3D) finite element (FE) model was developed and analyzed for this joint using the ABAQUS/explicit. The FE model accuracy was validated by comparing its results with the relevant test results. Additionally, the parameters that consisted of the steel box beam thickness, concrete compressive strength, steel yield strength, and reinforcement ratio in the concrete slab were considered to investigate their influence on the proposed joint performance.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.12
no.4_1
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pp.87-96
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1992
Moment Magnifier Method has been generally used in estimation of total column moment induced by geometric nonlinearity for reinforced concrete slender column design, however second order analysis such as P-${\Delta}$ method has been recommended by Code for better result. Member stiffness estimation is the most significant factor for accuracy of second order analysis. Equivalent Column stiffness based on theoretically obtained moment-curvature-thrust relationship has been proposed and the analytical results of the proposed method, MacGregor-Hage Method, Furlong's Method, and Moment Magnifier Method are compared with experimentally obtained data.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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