Halahla, Abdulsamee M.;Rahman, Muhammad K.;Al-Gadhib, Ali H.;Al-Osta, Mohammed A.;Baluch, Mohammed H.
Earthquakes and Structures
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v.17
no.4
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pp.337-354
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2019
This paper presents the results of experimental and numerical studies conducted to investigate the behavior of exterior reinforced concrete beam column joints (BCJ) strengthened by using carbon fiber reinforced polymer (CFRP) sheets. Twelve reinforced concrete beam-column joints (BCJ) were tested in an experimental program by simulating the joints in seismically deficient old buildings. One group of BCJs was designed to fail in flexure at the BCJ interface, and the second group was designed to ensure joint shear failure. One specimen in each set was -retrofitted with CFRP sheet wrapped diagonally around the joint. The specimens were subjected to both monotonic and cyclic loading up to failure. 3D finite element simulation of the BCJs tested in the experimental program was carried out using the software ABAQUS, adopting the damage plasticity model (CDP) for concrete. The experimental results showed that retrofitting of the shear deficient, BCJs by CFRP sheets enhanced the strength and ductility and the failure mode changed from shear failure in the joints to the desired flexural failure in the beam segment. The FE simulation of BCJs showed a good agreement with the experimental results, which indicated that the CDP model could be used to model the problems of the monotonic and cyclic loading of beam-column reinforced concrete joints.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.8
no.2
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pp.73-81
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2004
In this study, experimental research was carried out to improve earthquake-resistant performance for the retrofitting of reinforced concrete beam-column joints using carbon fiber materials in existing reinforced concrete building. Six reinforced concrete beam-column joints were constructed and tested to evaluate the retrofitting effect of test variables, such as the retrofitting materials and retrofitting region(plastic hinge, beam-column joint) under load reversals. Test results show that retrofitting specimen(RPC-CP2, RPC-CR, RJC-CP, RJC-CR), using new materials(carbon fiber plate, carbon fiber rod and carbon fiber sheet), designed by the improvement of earthquake-resistant performance and ductility, attained more load-carrying capacity and stable hysteretic behavior.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2006.05a
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pp.106-109
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2006
It has been shown that many reinforced concrete(RC) structures designed without seismic details have experienced brittle shear failures in the beam-column joint area and may result in large permanent deformations and structural collapse. In this study, experimental investigations for RC beam-column joints strengthened with the carbon fiber-reinforced polymer(CFRP) under cyclic loadings were presented. The use of CFRP in the joint was varied to determine the effective way of improving the structural performances of RC joints. Ten RC beam-column joints were designed and tested with cyclic loadings. The experimental results showed that the use of CFRP in RC joints would be very effective solutions to improve the seismic performances of the non-seismic RC joints. All of the non-seismic design specimens strengthened with CFRP sheets showed the significant increase of strength and ductility.
This paper presents an experimental study to assess the effectiveness of using ferrocement to strengthen deficient beam-column joints. Ferrocement is proposed to protect the joint region through replacing concrete cover. Six exterior beam-column joints, including two control specimens and four strengthened specimens, are prepared and tested under constant axial load and quasi-static cyclic loading. Two levels of axial load on column (0.2fc'Ag and 0.4fc'Ag) and two types of skeletal reinforcements in ferrocement (grid reinforcements and diagonal reinforcements) are considered as test variables. Experimental results have indicated that ferrocement as a composite material can enhance the seismic performance of deficient beam-column joints in terms of peak horizontal load, energy dissipation, stiffness and joint shear strength. Shear distortions within the joints are significantly reduced for the strengthened specimens. High axial load (0.4fc'Ag) has a detrimental effect on peak horizontal load for both control and ferrocement-strengthened specimens. Specimens strengthened by ferrocement with two types of skeletal reinforcements perform similarly. Finally, a method is proposed to predict shear strength of beam-column joints strengthened by ferrocement.
The capacity design rule for beam-column joints, as adopted by the EC8, forces the formation of the plastic hinges to be developed in beams rather than in columns. This is achieved by deriving the design moments of the columns of a joint from equilibrium conditions, assuming that plastic hinges with their possible overstrengths have been developed in the adjacent beams of the joint. In this equilibrium the parameters (dimensions, material properties, axial forces etc) are, in general, random variables. Hence, the capacity design is associated with a probability of non-compliance (probability of failure). In the present study the probability of non-compliance of the capacity design rule of joints is being calculated by assuming the basic variables as random variables. Parameters affecting this probability are examined and a modification of the capacity design rule for beam-column joints is proposed, in order to achieve uniformity of the safety level.
Exterior beam-column joints are structural elements that ensure connection between beams and columns. The joint strength is generally assumed to be governed by the structural element of lowest load capacity (beam or column), however, the joint may be the weakest link. The joint shear behavior is still not well understood due to the influence of several variables, such as geometry of the connection, stress level in the column, concrete strength and longitudinal beam reinforcement. A parametrical study based only on experiments would be impracticable and not necessarily exposes the failure mechanisms. This paper reports on a set of numerical simulations conducted in DIANA$^{(R)}$ software for the investigation of the shear strength of exterior joints. The geometry of the joints and stress level on the column are the variables evaluated. Results have led to empirical expressions that provide the shear strength of unreinforced exterior beam-column joints.
Halahla, Abdulsamee M.;Tahnat, Yazan B. Abu;Dwaikat, Monther B.
Earthquakes and Structures
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v.22
no.3
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pp.231-243
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2022
Beam-column joints (BCJs) are recognized among the most crucial zones in reinforced concrete structures, as they are the critical elements subjected to a complex state of forces during a severe earthquake. Under such conditions, BCJs exhibit behaviors with impacts that extend to the whole structure and significantly influence its ductility and capability of dissipating energy. The focus of this paper is to investigate the effect of undamaged transverse beam (secondary beams) on the ductility of concrete BCJs reinforced with conventional steel and shape memory alloys bars using pushover analysis at tip of beam under different axial load levels at the column using a nonlinear finite element model in ABAQUS environment. A numerical model of a BCJ was constructed and the analysis outcomes were verified by comparing them to those obtained from previous experiments found in the literature. The comparison evidenced the capability of the calibrated model to predict the load capacity response of the joint. Results proved the ability of undamaged secondary beams to provide a noticeable improvement to the ductility of reinforced concrete joints, with a very negligible loss in load capacity. However, the effect of secondary beams can become less significant if the beams are damaged due to seismic effects. In addition, the axial load was found to significantly enhance the performance of BCJs, where the increase in axial load magnified the capacity of the joint. However, higher values of axial load resulted in greater initial stiffness of the BCJ.
In this paper, the behavior of interior steel fiber reinforced concrete beam - column joints (BCJs) under cyclic loading is investigated. An experimental program including tests on twelve reinforced concrete (BCJs) specimens under cyclic loading was carried out. The test specimens are divided into two groups having different geometry: group (G1) (symmetrical BCJs specimens) and group (G2) (nonsymmetrical BCJs specimens). The parameters considered in this study are the steel fibers (SFs) content by volume of concrete (Vf), the spacing of shear reinforcement at the joint region, and the area of longitudinal flexural reinforcement. Test results show that the addition of 0.5% SFs with stirrups spacing S=Smax has effectively enhanced the overall performance of BCJs with respect to energy dissipation, ductility ratio, spreading and width of cracks. The failure of specimens is governed mainly by the formation of a plastic hinge at the face column and outside the beam-column junction. Secondary shear cracks were also observed in the beam-column junctions.
This paper focuses on the study of seismic behavior of steel reinforced concrete special-shaped column-beam joints. Six specimens, which are designed according to the principle of strong-member and weak-joint core, are tested under low cyclic reversed load. Key parameters include the steel form in column section and the ratio of column limb height to thickness. The failure mode, load-displacement curves, ductility, stiffness degradations, energy dissipation capacity and shear deformation of joint core of the test subassemblies are analyzed. The results indicate that SRC special-shaped column-beam joints have good seismic behavior. All specimens failed due to the shear failure of the joint core, and the failure degree between the two sides of joint core is similar for the exterior joint but different for the corner joint. Compared to the joints with channel steel truss, the joints with solid web steel skeleton illustrate better ductility and energy dissipation capacity, but the loading capacity and stiffness are roughly close. With the increasing of the ratio of column limb height to thickness, the joints illustrate higher loading capacity and stiffness, better energy dissipation capacity, but worse ductility.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.13
no.2
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pp.29-36
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2009
The present study emphasizes a nonlinear model to predict the shear behaviour of reinforced concrete interior beam-column joints. To model the shear behaviour of a panel zone in the beam-column joint, a modified softened truss model theory for in-plane shear prediction was introduced. This relationship was changed to define the characteristics for the rotational spring to represent the shear deformation in the joint by an equivalent moment-rotation relationship from the joint equilibrium. The analysis model was compared with experiments on reinforced concrete interior beam-column joints that were subjected to axial and shear forces, and the current model was found to accurately predict not only the shear force but also the shear deformation in the joint.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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