Reinforced concrete flat slab (RCFS) with columns is a standard gravity floor system for tall buildings in North America. Typically, RCFS-column connections are designed to resist gravity loads, and their contribution to resisting seismic forces is ignored. However, past experimental research has shown that RCFS-column connections have some strength and ductility, which may not be ignored. Advanced numerical models have been developed in the past to determine the nonlinear cyclic behavior of RCFS-column connections. However, these models are either too complicated for nonlinear dynamic analysis of an entire building or not developed to model the behavior of modern RCFS-column connections. This paper proposes a new nonlinear model suitable for modern RCFS-column connections. The numerical model is verified using experimental data of specimens with various material and reinforcement properties. A 40-story RC shear wall building was designed and analyzed to investigate the influence of RCFS on the global response of tall concrete buildings. The seismic responses of the building with and without the RCFS were modelled and compared. The results show that the modelling of RCFS has a significant impact on the inter-story drifts and force demands on both the seismic force-resisting and gravity elements.
The Finite Element (FE) modeling of Reinforced Concrete (RC) under seismic loading has a sensitive impact in terms of getting good contribution compared to experimental results. Several idealized model types for simulating the nonlinear response have been developed based on the plasticity distribution alone the model. The Continuum Models are the most used category of modeling, to understand the seismic behavior of structural elements in terms of their components, cracking patterns, hysteretic response, and failure mechanisms. However, the material modeling, contact and nonlinear analysis strategy are highly complex due to the joint operation of concrete and steel. This paper presents a numerical simulation of a chosen RC column under monotonic and cyclic loading using the FE Abaqus, to assessthe hysteretic response and failure mechanisms in the RC columns, where the perfect bonding option is used for the contact between concrete and steel. While results of the numerical study under cyclic loading compared to experimental tests might be unsuccessful due to the lack of bond-slip modeling. The monotonic loading shows a good estimation of the envelope response and deformation components. In addition, this work further demonstrates the advantage and efficiency of the damage distributions since the obtained damage distributions fit the expected results.
Mohammad H. Habashizadeh;Nima Talebian;Dane Miller;Martin Skitmore;Hassan Karampour
Steel and Composite Structures
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v.49
no.1
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pp.47-64
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2023
Due to their efficient use of materials, hybrid reinforced concrete-steel (RCS) systems provide more practical and economic advantages than traditional steel and concrete moment frames. This study evaluated the seismic design factors and response modification factor 'R' of RCS composite moment frames composed of reinforced concrete (RC) columns and steel (S) beams. The current International Building Code (IBC) and ASCE/SEI 7-05 classify RCS systems as special moment frames and provide an R factor of 8 for these systems. In this study, seismic design parameters were initially quantified for this structural system using an R factor of 8 based on the global methodology provided in FEMA P695. For analyses, multi-story (3, 5, 10, and 15) and multi-span (3 and 5) archetypes were used to conduct nonlinear static pushover analysis and incremental dynamic analysis (IDA) under near-field and far-field ground motions. The analyses were performed using the OpenSees software. The procedure was reiterated with a larger R factor of 9. Results of the performance evaluation of the investigated archetypes demonstrated that an R factor of 9 achieved the safety margin against collapse outlined by FEMA P695 and can be used for the design of RCS systems.
In recent times, there has been a growing need to retrofit and strengthen reinforced concrete (RC) structures that have been damaged. Numerous studies have explored various methods for strengthening RC beams. However, there is a significant dearth of research investigating the utilization of ultra-high-performance concrete (UHPC) for retrofitting damaged RC beams within a concrete frame. This study aims to develop a finite element (FE) model capable of accurately simulating the nonlinear behavior of RC beams and subsequently implementing it in an RC concrete frame. The RC frame is subjected to loading until failure at two distinct degrees, followed by retrofitting and strengthening using Ultra high performance shotcrete (UHPS) through two different methods. The results indicate the successful simulation of the load-displacement curve and crack patterns by the FE model, aligning well with experimental observations. Novel techniques for reinforcing deteriorated concrete frame structures through ABAQUS are introduced. The second strengthening method notably improves both the load-carrying capacity and initial stiffness of the load-displacement curve. By incorporating embedded rebars in the frame's columns, the beam's load-carrying capacity is enhanced by up to 31% compared to cases without embedding. These findings indicate the potential for improving the design of strengthening methods for damaged RC beams and utilizing the FE model to predict the strengthening capacity of UHPS for damaged concrete structures.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.11
no.4
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pp.62-70
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2007
This paper reports an evaluation method on the shear strength of interior beam-column joints composed of steel beams and reinforced concrete columns(RCS). The shear strength is generally calculated by the sum of the nominal shear resistance of a steel web panel and concrete elements. In this paper, the shear strength is calculated based on the compression strut theory instead of compression field theory. Design equations presented herein are evaluated through comparison with existing experimental results. The comparisons between experimental and calculated results show an excellent agreement.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.23
no.6
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pp.132-140
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2019
In this study, a specimen composed of columns, walls, beams, and slabs was fabricated to investigate the estimated reliability using nondestructive test method for the location of structural members of reinforced concrete single layer structures. And for accurate analysis in the comparison process with the existing estimation formula, we try to analyze the reliability through statistical approach by using error rate comparison and Confidence interval estimation. As a result, The average error rate of the core test was 18.8% compared with the result of estimating the compressive strength using the ultrasonic pulse velocity method. The average error rate of the core test results compared with the result of estimating the compressive strength using the rebound hardness method was 20.1%, confirming the field applicability. it is judged that the reliability of the compressive strength estimation can be derived from the wall member to make a quick and efficient structure safety diagnosis using the ultrasonic pulse velocity method. In addition, it is judged that the reliability of the compressive strength estimation can be derived from the beam member to make a quick and efficient structure safety diagnosis using the rebound hardness method.
Glass fiber-reinforced polymer (GFRP) bars have been introduced as an effective alternative for the conventional steel reinforcement in concrete structures to mitigate the costly consequences of steel corrosion. However, despite the superior performance of these composite materials in terms of corrosion, the effect of replacing steel reinforcement with GFRP on the seismic performance of concrete structures is not fully covered yet. To address some of the key parameters in the seismic behavior of GFRP-reinforced concrete (RC) structures, two full-scale beam-column joints reinforced with GFRP bars and stirrups were constructed and tested under two phases of loading, each simulating a severe ground motion. The objective was to investigate the effect of damage due to earthquakes on the service and ultimate behavior of GFRP-RC moment-resisting frames. The main parameters under investigation were geometrical configuration (interior or exterior beam-column joint) and joint shear stress. The performance of the specimens was measured in terms of lateral load-drift response, energy dissipation, mode of failure and stress distribution. Moreover, the effect of concrete damage due to earthquake loading on the performance of beam-column joints under service loading was investigated and a modified damage index was proposed to quantify the magnitude of damage in GFRP-RC beam-column joints under dynamic loading. Test results indicated that the geometrical configuration significantly affects the level of concrete damage and energy dissipation. Moreover, the level of residual damage in GFRP-RC beam-column joints after undergoing lateral displacements was related to reinforcement ratio of the main beams.
Low cyclic loading tests are conducted on the steel reinforced recycled concrete (SRRC) column-steel (S) beam composite frame joints. This research aims to evaluate the earthquake damage performance of composite frame joints by performing cyclic loading tests on eight specimens. The experimental failure process and failure modes, load-displacement hysteresis curves, characteristic loads and displacements, and ductility of the composite frame joints are presented and analyzed, which shows that the composite frame joints demonstrate good seismic performance. On the basis of this finding, seismic damage performance is examined by using the maximum displacement, energy absorbed in the hysteresis loops and Park-Ang model. However, the result of this analysis is inconsistent with the test failure process. Therefore, this paper proposes a modified Park-Ang seismic damage model that is based on maximum deformation and cumulative energy dissipation, and corrected by combination coefficient ${\alpha}$. Meanwhile, the effects of recycled coarse aggregate (RCA) replacement percentage and axial compression ratio on the seismic damage performance are analyzed comprehensively. Moreover, lateral displacement angle is used as the quantification index of the seismic performance level of joints. Considering the experimental study, the seismic performance level of composite frame joints is divided into five classes of normal use, temporary use, repair after use, life safety and collapse prevention. On this basis, the corresponding relationships among seismic damage degrees, seismic performance level and quantitative index are also established in this paper. The conclusions can provide a reference for the seismic performance design of composite frame joints.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.3
no.1
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pp.55-66
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1999
This paper presents an analytical prediction of the hysteresis behavior of reinforced concrete long column with rectangular section under the cyclic loading state. The mechanical characteristic of cracked concrete and reinforcing bar in concrete has been modeled, considering the bond effect between reinforcing bar and concrete, the effect of aggregate interlocking at crack surface and the stiffness degradation after the crack has taken place. The strength increase of concrete due to the lateral confining reinforcement has been also taken into account to model the confined concrete. The formulation of these models for concrete and reinforcing bar has been based on the smeared crack concept that the stress-strain relationship of reinforced concrete element would be defined using the average values. In addition to the material nonlinear properties, the algorithm for large displacement problem that may give an additional deformation has been formulated using total Lagrangian formulation. The analytically predicted behavior was compared with test result and they showed good agreement in overall behavior.
This study evaluated fire resistance performance for hybrid (polypropylene+steel) fiber reinforced high strength concrete column. Full-size columns were constructed and tested with or without fibers using ISO-834 fire curve. As the result of test, Control specimen occurred serious spalling and indicated rapidly internal temperature increasing. Specimen with polypropylene fiber occurred not spalling but steady internal temperature increasing. Specimen with hybrid fiber occurred not spalling as well as does not propagated temperature distribution. Therefore, hybrid fiber reinforced column specimen indicated a good fire resistance performance than other cases.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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