In regions of high seismic risk, high-strength concrete (HSC) columns of tall buildings are designed to be fully ductile during earthquake attack by providing substantial amount of confining steel within the critical region. However. in areas of low to moderate seismic risk, the same provision of confining steel is too conservative because of the reduced seismic demand. More critically, it causes problematic steel congestion in the beam-column joints and column critical region. This will eventually affect the quality of concrete placing owing to blockage. To relieve the problem, the confining steel in the critical region of HSC columns located in low to moderate seismicity regions can be suitably reduced, while maintaining a limited ductility level. Despite the advantage, there are still no guidelines developed for designing limited ductility HSC columns. In this paper, a formula for designing limited ductility HSC columns is presented. The validity of the formula was verified by testing half-scale HSC columns subjected to combined high-axial load and flexure, in which the confining steel was provided as per the proposed formula. From the test results, it is evident that the curvature ductility factors obtained for all these columns were about 10, which is the generally accepted level of limited ductility.
When the vertical load-bearing members in high-rise structures fail locally, the beam-column joints play an important role in the redistribution of the internal forces. In this paper, a static laboratory test of three full-scale flush flange beam-reinforced connections with side and cover plates (CP-FBSP connection) with double half-span steel beams and single L-shaped columns composed of concrete-filled steel tubes (L-CFST columns) was conducted. The influence of the side plate width and cover plate thickness on the progressive collapse resistance of the substructure was thoroughly analyzed. The failure mode, vertical force-displacement curves, strain variation, reaction force of the pin support and development of internal force in the section with the assumed plastic hinge were discussed. Then, through the verified finite element model, the corresponding analyses of the thickness and length of the side plates, the connecting length between the steel beam flange and cover plate, and the vertical-force eccentricity were carried out. The results show that the failure of all the specimens occurred through the cracking of the beam flange or the cover plate, and the beam chord rotations measured by the test were all greater than 0.085 rad. Increasing the length, thickness and width of the side plates slightly reduced the progressive collapse resistance of the substructures. The vertical-force eccentricity along the beam length reduced the progressive collapse resistance of the substructure. An increase in the connecting length between the beam flange and cover plate can significantly improve the progressive collapse resistance of substructures.
An experimental study was carried out for beam-column joints composed of RC column and RS beams. The purpose of this study is to examine the inelastic seismic behavior for the RC-RS connection. Two interior and one exterior beam-column assemblies with variable moment ratios were tested. Experimental results showed that strength and deformability except stiffness were satisfactory. It is considered that the lack of stiffness was due to the slipping of steel beam from RS beam. The behavioral characteristics of the RC-RS connection were evaluated according to the quideline suggested by Hawkins et al. Nominal strength at 5 % joint distortion was not satisfactory, but all the other requirements, such as strength preserving capability, energy dissipation, and initial stiffness and strength ratios after peak load were satisfactory compared with the guideline. Thus it was concluded that the RC-RS connections can maintain ductility with excellent energy-dissipating capacity if being provided with appropriate reinforced structural system such as RC core wall for the initial lateral stiffness.
A bearing failure in RCS(Reinforced Concrete Column and Steel Beam) system is recognized as one of the distinct joint failure modes for the composite frames. Vertical and transverse reinforcement in addition to concrete are effective for better transfer of vortical forces through concrete bearing. To examine the effect of the vertical bars, tie bars, a U-type detail developed in this study and concrete confinement, local bearing tests were conducted using 22 small-scale concrete block specimens. Test results show that vertical reinforcement and tie bars mainly contribute to the bearing capacity. However larger amounts of tie reinforcement are required than those recommend from ASCE guidelines, to apply the nominal concrete strength as 2 $f_{ck}$ over the bearing area. Cross ties are proved to be highly effective for resisting the vertical forces. Maximum bearing strength can be increased upto 2.5 $f_{ck}$ . An accurate prediction model for bearing strength is proposed for better design of the composite Joint.
Kim, Kyoung-Min;Choen, Ju-Hyun;Baek, Eun-Rim;Oh, Sang-Hoon;Hwang, Cheol-Seong
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.21
no.3
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pp.114-120
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2017
In this paper, the effect of the masonry infill walls on the seismic performance of the reinforced concrete(RC) frames with non-seismic details was evaluated through the static test of an masonry infilled RC frame sub-assemblage with non-seismic details of real size, and comparison with the test results of the RC frame sub-assemblage with non-seismic details. As the test results, lots of cracks occurred on the surface of the entire frame due to the compression of the masonry infilled wall, and the beam-column joint finally collapsed with the expansion of the shear crack and buckling(exposure) of the reinforcement. On the other hand, the stiffness of the shear force-story drift relationship decreased due to the wall sliding crack and column flexural cracks, and the strength finally decreased by around 60% of the maximum strength. The damage that concentrated on the upper and lower parts of columns was dispersed in the entire frame such as columns, a beam, and beam-column joints due to the wall, and the specimen was finally collapsed by expansion of the shear crack of the joint, not the shear crack of the column. Also, the stiffness of RC frame increased by 12.42 times and the yield strength by 3.63 times, while the story drift at maximum strength decreased by 0.18 times.
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.
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 behaviour 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. The paper presents the results and conclusions of experimental tests on composite portal eccentrically braced frames and beam-to-column moment-resisting joints, carried out within the CEMSIG Research Centre of the Politehnica University of Timisoara, in order to check the validity of the assumption stated above. Reference steel and composite specimens with and without connectors in the plastic zones have been tested under monotonic and cyclic seismic type loading.
Seismic design code has been performed since 1988 in Korea, so it has not been applied to low-rise reinforced concrete buildings which had been built before 1988. Those building have been designed only for gravity loads based on non-seismic code, Therefore, even minor earthquake occurred, those buildings might have serious damages. In this paper, to investigate the behavior of low-rise reinforced concrete moment resisting frame which had been built in according to the building code of Korea that had been published before 1988, two type of 1/2 scaled exterior beam-column subassemblies which have non-seismic detailing based on the building code of Korea were constructed and tested with reversed cycling loading under the displacement control method. The special features of joint with non-seismic detailing is that there is no transverse reinforcement in the joint. In tests, cracks pattern, strength degradation, loss of stiffness, energy dissipation and the slippage of beam and column bars were investigated. Cracks did not occurred in the joint even seismic loading of 0.12g which is considered as peak ground acceleration in Korea was applied. And increasing seismic loading above 0.12g shear crack happened in the joint which have not transverse beam.
The purpose of this study is to propose the analytical model for the hysteretic behavior of Reinforced Concrete bearn-column joints under various loading history. Discrete line elernents , YVith inelastic rotational spring was adopted to consider the movement of plastic hinging zone influenced by the details of longitudinal reinforcements. Also hysteretic model was constructed by excluding such variables which can not be utilized in dynamic analysis of Reinforced Concrete. structure that it will be adoptable in two-dimensional inelastic frame ardysis with 6-DOF. From the analysis of previous test results, it was found that stiffness deterioration caused by inelastic hysteretic loadings can be predicted by the functron of basic pinching coefficients, ductility ratio.and yield strength ratio of members. Strength degradation coefficients were newly proposed to explain the difference of inelastic behavior of members caused by spacing ratio of transverse steel and sectlon aspect ratio. The energy dissipation capacities calculated using the analytical model proposed in thls paper show a good agreements w~lh test results by an error of 10~20%.
While fiber-reinforced plastic (FRP) materials have been largely used in the retrofitting of concrete buildings, its application has been limited because of some problems such as de-bonding of FRP layers from the concrete surface. This paper is the part of a wide experimental and analytical investigation about flexural retrofitting of reinforced concrete (RC) columns using FRP and mechanical fasteners (MF). A new generation of MF is proposed, which is applicable for retrofitting of RC columns. Furthermore, generally, to evaluate a retrofitted structure the nonlinear static and dynamic analyses are the most accurate methods to estimate the performance of a structure. In the nonlinear analysis of a structure, accurate modeling of structural elements is necessary for estimation the reasonable results. So for nonlinear analysis of a structure, modeling parameters for beams, columns, and beam-column joints are essential. According to the concentrated hinge method, which is one of the most popular nonlinear modeling methods, structural members shall be modeled using concentrated or distributed plastic hinge models using modeling parameters. The nonlinear models of members should be capable of representing the inelastic response of the component. On the other hand, in performance based design to make a decision about a structure or design a new one, numerical acceptance should be determined. Modeling parameters and numerical acceptance criteria are different for buildings of different types and for different performance levels. In this paper, a new method was proposed for FRP retrofitted columns to avoid FRP debonding. For this purpose, mechanical fasteners were used to achieve the composite behavior of FRP and concrete columns. The experimental results showed that the use of the new method proposed in this paper increased the flexural strength and lateral load capacity of the columns significantly, and a good composition of FRP and RC column was achieved. Moreover, the modeling parameters and acceptance criteria were presented, which were derived from the experimental study in order to use in nonlinear analysis and performance-based design approach.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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