In the design of tall reinforced concrete (R/C) buildings, the serviceability stiffness criteria in terms of maximum lateral displacement and inter-story drift must be satisfied to prevent large second-order P-delta effects. To accurately assess the lateral deflection and stiffness of tall R/C structures, cracked members in these structures need to be identified and their effective member flexural stiffness determined. In addition, the implementation of the geometric nonlinearity in the analysis can be significant for an accurate prediction of lateral deflection of the structure, particularly in the case of tall R/C building under lateral loading. It can therefore be important to consider the cracking effect together with the geometric nonlinearity in the analysis in order to obtain more accurate results. In the present study, a computer program based on the iterative procedure has been developed for the three dimensional analysis of reinforced concrete frames with cracked beam and column elements. Probability-based effective stiffness model is used for the effective flexural stiffness of a cracked member. In the analysis, the geometric nonlinearity due to the interaction of axial force and bending moment and the displacements of joints are also taken into account. The analytical procedure has been demonstrated through the application of R/C frame examples in which its accuracy and efficiency in comparison with experimental and other analytical results are verified. The effectiveness of the analytical procedure is also illustrated through a practical four story R/C frame example. The iterative procedure provides equally good and consistent prediction of lateral deflection and effective flexural member stiffness. The proposed analytical procedure is efficient from the viewpoints of computational effort and convergence rate.
Park, Hoon;Suk, Chul-Gi;Nam, Sung-Woo;Noh, You-Song
Explosives and Blasting
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v.34
no.1
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pp.19-28
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2016
The number of industrial structures that must be demolished due to functional and structural deterioration has been increased. There is an increasing application of explosive demolition or explosive demolition combined with mechanical demolition to minimize temporal and spatial environmental hazardous factors created during the process of demolition. In this case study, to demolish the turbine foundation structure, which is a large-section reinforced concrete structure, the parital explosive demolition thchnique was conducted. As a result of the partial explosive demolition, the overall crushing of the blasting sections of beam-column joints structure with haunched beams and second-floor columns about the turbine foundation was satifactory, and the explosive demolition was completed without causing any damage to surrounding facilities.
Small-scale models of reinforced concrete beam-column joints and anchorage-bond specimens were subjected to large cyclic displacements at two rates. To assess damage, free vibration tests were conducted. The reliability of the modeling techniques was established by comparison of the results for the slower rate with those obtained from the full-scale tests on prototype. The higher rate of loading caused a greater damage than that at the slower rate. This was evidenced by the measurements of the stiffness obtained from the free-vibration test. The relatively greater extent of damage appears to result from the different bond behavior at different rates of loading.
The presence of infill generally neglected in design despite the fact that infill contribution significantly increase the lateral stiffness and strength of the reinforced concrete frame structure. Several experimental studies and computational models have been proposed to capture the rational response of infill-frame interaction at global level. However, limited studies are available on explicit finite element modelling to study the local behavior due to high computation and convergence issues in numerical modelling. In the current study, the computational modelling of RC frames is done with various configurations of infill masonry in terms of types of blocks, lateral loading and reinforcement detailing employed with material nonlinearities, interface contact issues and bond-slip phenomenon particularly near the beam-column joints. To this end, extensive computational modelling of five variant characteristics test specimens extracted from the detailed experimental program available in literature and process through nonlinear static analysis in FEM code, ATENA generally used to capture the nonlinear response of reinforced concrete structures. Results are presented in terms of damage patterns and capacity curves by employing the finest possible detail provided in the experimental program. Comparative analysis shows that good correlation amongst the experimental and numerical simulated results both in terms of capacity and crack patterns.
Ultra-High-Performance Steel Fiber-Reinforced Concrete (SUPER Concrete) exhibits improved compressive and tensile strengths far superior to those of conventional concrete. These characteristics can significantly reduce the cross sectional area of the member and the anchorage strength of a headed bar is expected to be improved. In this study, the anchorage strengths of headed bars with $4d_b$ or $6d_b$ embedment length were evaluated by simulated exterior beam-column joint tests where the headed bars were used as beam bars and the joints were cast of 120 or 180 MPa SUPER Concrete. In all specimens, the actual yield strengths of the headed bars over 600 MPa were developed. Some headed bars were fractured due to the high anchorage capacity in SUPER Concrete. Therefore, the headed bar with only $4d_b$ embedment length in 120 MPa SUPER Concrete can develop a yield strength of 600 MPa which is the highest design yield strength permitted by the KCI design code. The previous model derived from tests with normal concrete and the current design code underestimate the anchorage capacity of the headed bar anchored in SUPER Concrete. Because the previous model and the current design code do not consider the effects of the high tensile strength of SUPER Concrete. From a regression analysis assuming that the anchorage strength is proportional to $(f_{ck})^{\alpha}$, the model for predicting anchorage strength of headed bars in SUPER Concrete is developed. The average and coefficient of variation of the test-to-prediction values are 1.01 and 5%, respectively.
Park, Jong-Wook;Kwon, Goo-Jung;Choi, Ha-Young;Kwag, Jin-I;Lee, Jung-Yoon
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2011.04a
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pp.10-13
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2011
내진설계의 기본 개념은 보를 기둥보다 약하게 설계하여 보에 소성힌지를 발생시켜 구조물 전체의 큰 변형을 방지하는 것이다. ACI 352R-02에서는 지역의 지진특성에 따라서 접합부의 상세 설계법을 구분하여 적용한다. 하지만 보와 접합부의 내력 차이가 상대적으로 작게 설계된 구조물의 경우 탄성 범위를 유지해야 하는 경우의 접합부에도 파괴가 발생할 가능성이 있다. 횡하중이 작용할 때 접합부 내부는 전단력의 지배를 받게 되고, 전단내력과 부착내력에 따라서 파괴모드가 결정된다. 본 논문에서는 양방향 반복하중이 작용하는 10개의 보-기둥 접합부를 통해서 접합부와 인접보의 전단내력 차이에 따라서 발생하는 파괴모드를 관찰하고 접합부 내의 전단내력 및 부착내력의 감소로 인해 발생하는 부재의 연성에 대해서 관찰하였다.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.16
no.5
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pp.13-21
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2012
In this study, the response modification factor for a RC IMRF is evaluated via pushover analysis, where 5-story structures were designed in accordance with KBC2009. The bending moment-curvature relationship for beams and columns was identified with a fiber model, and the bending moment-rotation relationship for beam-column joints was calculated using a simple and unified joint shear behavior model and the moment equilibrium relationship for the joint. The results of the pushover analysis showed that the strength of the structure was overestimated with negligence of the inelastic shear behavior of the beam-column joint, and that the average response modification factor for category C was 7.78 and the factor for category D was 3.64.
Kim, Kyung-Min;Oh, Sang-Hoon;Choi, Kwang-Yong;Lee, Jung-Han;Park, Byung-Cheol
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.17
no.6
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pp.11-20
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2013
In this paper, the quantitative damage index for reinforced concrete (RC) columns with non-seismic details were presented. They are necessary to carry out the postearthquake safety evaluation of RC buildings under 5 stories without seismic details. The static cyclic test of the RC frame sub-assemblage that was an one span and actual-sized was first conducted. The specimen collapsed by the shear failure after flexural yielding of a column, lots of cracks on the surfaces of columns and beam-column joints and the cover concrete splitting at the bottom of columns occurred. The damage levels of these kinds of columns with non-seismic details were classified to five based on the load-displacement relationship by the test result. The residual story drift ratios and crack widths were then adapted as the quantitative index to evaluate the damage limit states because those values were comparatively easy to measure right after earthquakes. The highest one among the residual story drift ratios under the similar maximum story drift ratio decided on the residual story drift ratio of each damage limit state. On the other hand, the lowest and average ones among the respective residual shear and flexural widths under the similar maximum story drift ratio decided on the residual shear and flexural widths of each damage limit state, respectively. These values for each damage limit state resulted in being smaller than those by the international damage evaluation guidelines that are for seismically designed members under the same deformations.
In the construction of nuclear power plants, only 420 MPa reinforcing bars are allowed and, therefore, so many large-diameter bars are placed, which results in steel congestion. Consequently, re-bar works are difficult and the quality of RC structures may be deteriorated. To solve the steel congestion, 550 MPa bars are necessary. Among many items for verifying structural performance of reinforced concrete with 550 MPa bars, the 43 mm hooked bars are examined in this study. All specimens failed by side-face blowout and the side cover explosively spalled at maximum loads. The bar force was initially transferred to the concrete primarily by bond along a straight portion. At the one third of maximum load, the bond reached a peak capacity and began to decline, while the hook bearing component rose rapidly. At failure, most load was resisted by the hook bearing. For confined specimens with hoops, the average value of test-to-prediction ratios by KCI code is 1.45. The modification factor of confining reinforcement which was not allowed for larger than 35 mm bars can be applied to 43 mm hooked bars. For specimens with 70 MPa concrete, the average value of test-to-prediction ratios by KCI code is 1.0 which is less than the values of the other specimens. The effects of concrete compressive strength should be reduced. An equation to predict anchorage capacity of hooked bars was developed from regression analysis including the effects of compressive strength of concrete, embedment length, side cover thickness, and transverse reinforcement index.
The development of reinforcing steel is required in reinforced concrete structures. The standard hooks that have been widely used for the tensile development in the beam-column joints tend to create difficulties of construction such as steel congestion as the member cross sections are becoming smaller due to the use of higher strength concrete and higher grade steel. Using the reinforcing bars with end mechanical anchoring device (headed reinforcement) provides potential economies in construction such as reduction in development lengths, simplified details, and improved responses to cyclic loadings. In this paper, the pullout strengths and behaviors of the headed reinforcement were experimentally studied. In 33 pullout tests performed using D25 deformed reinforcing bars, the test parameters were embedment depth, edge distance, head size, and the use of transverse reinforcement. The pullout strengths determined from tests closely agreed with the pullout strengths predicted using the CCD method. The pullout strengths increased with increasing embedment depths nd edge distances. The strengths tend to increase with the use of larger heads. From the experimental program where the effect of the transverse reinforcement was examined, a modification factor to the CCD was suggested to represent the effect of such reinforcement that is installed across the concrete failure plane on the pullout strengths.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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