Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.14
no.4
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pp.61-71
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2010
Five half-scale beam-to-column connections in a precast concrete frame were tested with cyclic loading that simulated earthquake-type motions. Five half -scale interior beam-column assemblies representing a portion of a frame subjected to simulated seismic loading were tested, including one monolithic specimen and four precast specimens. Variables included the detailing used at the joint to achieve a structural continuity of the beam reinforcement, and the type of special reinforcement in the connection (whether ECC or transverse reinforcement). The specimen design followed the strong-column-weak-beam concept. The beam reinforcement was purposely designed and detailed to develop plastic hinges at the beam and to impose large inelastic shear force demands into the joint. The joint performance was evaluated on the basis of connection strength, stiffness, energy dissipation, and drift capacity. From the test results, the plastic hinges at the beam controlled the specimen failure. In general, the performance of the beam-to-column connections was satisfactory. The joint strength was 1.15 times of that expected for monolithic reinforced concrete construction. The specimen behavior was ductile due to tensile deformability by ECC and the yielding steel plate, while the strength was nearly constant up to a drift of 3.5 percent.
Kim, Sang-Hee;Hong, Geon-Ho;Park, Hong-Gun;Han, Kyoo-Beom;Kang, Thomas H.K.
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.25
no.4
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pp.447-455
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2013
In this study, reinforced concrete slabs with steps were experimentally studied to analyze their structural performance and to suggest reinforcing details in the step. Because the stepped slabs may behave very poorly in terms of bending strength, stiffness, deflection, cracking, etc., the study is aimed to suggest proper reinforcing details such that the same bending strength is obtained as that without steps. The bending strengths of 12 test specimens with a variety of different reinforcing detail types or other parameters were compared with each other. The specimen without any additional reinforcement in the step had a very low bending strength and significant damage, and the specimens with diagonal reinforcements in the step showed substantial early cracks, experienced hinging of the step, and had a substantial loss of the bending strength. In contrast, the specimens with a combination of U-bars, reversed U-bars, L-bars, and reversed L-bars performed very well and almost reached to 100% of the slab bending strength. The U-bars and reversed U-bars were effective in controling the diagonal cracks, while the L-bars and reversed L-bars were effective in preventing from yielding of slab reinforcement near the step.
This study aims to evaluate seismic performance of existing low and mid-rise reinforced concrete buildings by comparing their displacement capacities and displacement demands under selected ground motions experienced in Turkey as well as demand spectrum provided in 2007 Turkish Earthquake Code for design earthquake with 10% probability of exceedance in 50 years for soil class Z3. It should be noted that typical residential buildings are designed according to demand spectrum of 10% probability of exceedance in 50 years. Three RC building sets as 2-, 4- and 7-story, are selected to represent reference low-and mid-rise buildings located in the high seismicity region of Turkey. The selected buildings are typical beam-column RC frame buildings with no shear walls. The outcomes of detailed field and archive investigation including approximately 500 real residential RC buildings established building models to reflect existing building stock. Total of 72 3-D building models are constructed from the reference buildings to include the effects of some properties such as structural irregularities, concrete strength, seismic codes, structural deficiencies, transverse reinforcement detailing, and number of story on seismic performance of low and mid-rise RC buildings. Capacity curves of building sets are obtained by nonlinear static analyses conducted in two principal directions, resulting in 144 models. The inelastic dynamic characteristics are represented by "equivalent" Single-Degree-of- Freedom (ESDOF) systems using obtained capacity curves of buildings. Nonlinear time history analysis is used to estimate displacement demands of representative building models idealized with (ESDOF) systems subjected to the selected ground motion records from past earthquakes in Turkey. The results show that the significant number of pre-modern code 4- and 7-story buildings exceeds LS performance level while the modern code 4- and 7-story buildings have better performances. The findings obviously indicate the existence of destructive earthquakes especially for 4- and 7-story buildings. Significant improvements in the performance of the buildings per modern code are also obvious in the study. Almost one third of pre-modern code buildings is exceeding LS level during records in the past earthquakes. This observation also supports the building damages experienced in the past earthquake events in Turkey.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.11
no.5
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pp.1-9
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2007
This study summarizes the results of a research project aimed at investigating the inelastic rotation capacity of beam-column connections of reinforced concrete moment frames. A total of 91 test specimens for beam-column joint connections were examined in detail, and 28 specimens were classified as special moment frame connections based on the design and detailing requirements in the ACI 318-02 Provisions. Then the acceptance criteria, originally defined for steel moment frame connections in the AISC-02 Seismic Provisions, were used to evaluate the joint connections of concrete moment frames. Twenty-seven out of 28 test specimens that satisfy the design requirements for special moment frame structures provide sufficient strength and are ductile up to a plastic rotation of 0.03 rad. without any major degradation in strength. Joint shear stress, column-to-beam flexural strength ratio, and transverse reinforcement ratio in a joint all play a key role in good performance of the connections.
Tahir, Saeed I.;Tounsi, Abdelouahed;Chikh, Abdelbaki;Al-Osta, Mohammed A.;Al-Dulaijan, Salah U.;Al-Zahrani, Mesfer M.
Steel and Composite Structures
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v.42
no.4
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pp.501-511
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2022
Earthquake Resistant Design Philosophy seeks (a) no damage, (b) no significant structural damage, and (c) significant structural damage but no collapse of normal buildings, under minor, moderate and severe levels of earthquake shaking, respectively. A procedure is proposed for seismic design of low-rise reinforced concrete special moment frame buildings, which is consistent with this philosophy; buildings are designed to be ductile through appropriate sizing and reinforcement detailing, such that they resist severe level of earthquake shaking without collapse. Nonlinear analyses of study buildings are used to determine quantitatively (a) ranges of design parameters required to assure the required deformability in normal buildings to resist the severe level of earthquake shaking, (b) four specific limit states that represent the start of different structural damage states, and (c) levels of minor and moderate earthquake shakings stated in the philosophy along with an extreme level of earthquake shaking associated with the structural damage state of no collapse. The four limits of structural damage states and the three levels of earthquake shaking identified are shown to be consistent with the performance-based design guidelines available in literature. Finally, nonlinear analyses results are used to confirm the efficacy of the proposed procedure.
Leonardo M. Massone;Diego Aceituno;Julian Carrillo
Advances in Computational Design
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v.8
no.1
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pp.13-36
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2023
The Puebla-Morelos Earthquake (Mw 7.1) occurred in Mexico in 2017 causing 44 buildings to collapse in Mexico City. This work evaluates the non-linear response of a 6-story reinforced concrete (RC) frame prototype model with masonry infill walls on upper floors. The prototype model was designed using provisions prescribed before 1985 and was subjected to seismic excitations recorded during the earthquakes of 1985 and 2017 in different places in Mexico City. The building response was assessed through a damage index (DI) that considers low-cycle fatigue of the steel reinforcement in columns of the first floor, where the steel was modeled including buckling as was observed in cases after the 2017 earthquake. Isocurves were generated with 72 seismic records in Mexico City representing the level of iso-demand on the structure. These isocurves were compared with the location of 16 collapsed (first-floor column failure) building cases consistent with the prototype model. The isocurves for a value greater than 1 demarcate the location where fatigue failure was expected, which is consistent with the location of 2 of the 16 cases studied. However, a slight increase in axial load (5%) or decrease in column cross-section (5%) had a significant detrimental effect on the cumulated damage, increasing the intensity of the isocurves and achieving congruence with 9 of the 16 cases, and having the other 7 cases less than 2 km away. Including column special detailing (tight stirrup spacing and confined concrete) was the variable with the greatest impact to control the cumulated damage, which was consistent with the absence of severe damage in buildings built in the 70s and 80s.
Kwon, Woo-Hyun;Kim, Woo-Suk;Kang, Thomas H.K.;Hong, Sung-Gul;Kwak, Yoon-Keun
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.23
no.6
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pp.711-722
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2011
Beam-column gravity or Intermediate Moment frames subjected to unexpected large displacements are vulnerable when no seismic details are provided, which is typical. Conversely, economic efficiency of those frames is decreased if unnecessary special detailing is applied as the beam and column size becomes quite large and steel congestion is caused by joint transverse reinforcement in beam-column connections. Moderate seismic design is used in Korea for beam-column connections of buildings with structural walls, which are to be destroyed when the unexpected large earthquake occurs. Nonetheless, performance of such beamcolumn connections may be substantially improved by the addition of steel fibers. This study was conducted to investigate the effect of steel fibers in reinforced concrete exterior beam-column connections and possibility for the replacement of some joint transverse reinforcement. Ten half-scale beam-column connections with non-seismic details were tested under cyclic loads with two cycles at each drift up to 19 cycles. Main test parameters used were the volume ratio of steel fibers (0%, 1%, 1.5%) and joint transverse reinforcement amount. The test results show that maximum capacity, energy dissipation capacity, shear strength and bond condition are improved with the application of steel fibers to substitute transverse reinforcement of beam-column connections. Furthermore, several shear strength equations for exterior connections were examined, including the proposed equation for steel fiber-reinforced concrete exterior connections with non-seismic details.
Strut-and-tie models for noncontact lap splices are presented and parameters affecting the effective lap length $(l_p)$ and the splice strength are discussed in this paper. The effective lap length along which bond stress is developed is shorter than the whole lap length. The effective lap length depends on the transverse reinforcement ratio $({\Phi})$ and the ratio of spacing to lap length $({\alpha})$. As the splice-bar spacing becomes wider, the effective lap length decreases and, therefore, the splice strength decreases. The influence of the ratio ${\alpha}$ on the effective lap length becomes more effective when the transverse reinforcement ratio is low. Because the slope of the strut developed between splice-bars becomes steeper as the ratio ${\Phi}$ becomes lower, the splice-bar spacing significantly affects the effective lap length. The proposed strut-and-tie models for noncontact lap splices are capable of considering material and geometric properties and, hence, providing the optimal design for detailing of reinforcements. The proposed strut-and-tie model can explain the experimental results including cracking patterns and the influence of transverse reinforcements on the splice strength reported in the literature. From the comparison with the test results of 25 specimens, the model can predict the splice strengths with 11.1% of coefficient of variation.
Recently, Appendix A of ACI 318∼02 Code introduced the Strut-and-Tie Model(STM) procedure in shear design of deep flexural members. The STM procedure is widely used in the design of concrete regions where the distribution of longitudinal strains is significantly nonlinear, such as deep beams, beams with large openings, corbels, and dapped-end beams. Experimental study included five high-strength reinforced concrete deep beams with different detailing schemes for the horizontal and vertical reinforcement. The specimens were designed as simply supported beams subjected to concentrated loads on the top face and supported on the bottom face. At failure, all specimen exhibited primary diagonal crack running from the support region to the point load. Specimens which had mechanical anchorages(terminators) gives better representation of the load-carrying mechanism than the specimen had standard 90-degree anchorage at failure in deep flexural members. Based on the test results, shear design procedures contained in the ACI 318-99 Code, Appendix A of the ACI 318-02 Code, CSA A23.3-94 Code and CIRIA Guide-2 were evaluated. The Shear design of ACI 318-99 Code, Appendix A of the ACI 318-02 Code and CIRIA Guide-2 shown to be conservative predictions from 10% to 36% in the shear strength of the single-span deep beam which was tested. ACI 318-99 Code was the lowest standard deviation.
The longitudinal steel connection of reinforced concrete bridge column is sometimes practically unavoidable, however the current Korean bridge design specifications have no special provisions about lap-splices of longitudinal steel. This paper reports experimental results of a research program investigating the seismic performance of circular RC bridge columns with respect to longitudinal steel connection detailing. Twenty-one circular column specimens were tested under quasi-static test. The columns with the entire longitudinal steel lap-spliced within plastic hinge region show relatively sudden strength degradation and low ductility than the columns with continuous longitudinal steel and the columns with half of longitudinal steel lap-spliced. However, the seismic performance of the column with mechanically connected longitudinal steel is similar to that of the column with continuous longitudinal steel. The final objectives of this study are to suggest appropriate longitudinal reinforcement connection details for the limited ductility design concept and to provide quantitative reference data and tendency for performance or damage assessment based on the performance levels such as cracking, yielding, collapse, etc. Ultimate displacement/drift ratio, displacement ductility, response modification factor, equivalent viscous damping ratio, residual deformation index, and effective stiffness are investigated and discussed in this paper.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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