International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.10
no.4
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pp.461-478
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2016
This paper aims to provide guidelines for the numerical modeling of reinforced concrete (RC) frame elements in order to assess the seismic performance of structures. Several types of numerical models RC frame elements are available in nonlinear structural analysis packages. Since these numerical models are formulated based on different assumption and theories, the models accuracy, computing time, and applicability vary, which poses a great difficulty to practicing engineering and limits their confidence in the analysis resultants. In this study, the applicability of four representative numerical models of RC frame elements is evaluated through comparison with experimental results of four-storey bare frame available from European Laboratory for Structural Assessment. The accuracy of a numerical model is evaluated according to the top displacement, interstorey drift, Maximum storey shear, damage pattern and energy dissipation capacity of the frame structure. The results obtained allow a better understanding of the characteristics and potentialities of all procedures, helping the user to choose the best approach to perform nonlinear analysis.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2006.04a
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pp.421-426
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2006
To examine the behaviors of traditional wooden structural frame in Korea in direction of beam, an experimental study was performed. The interior frame of Daewoongjeon of Bongjeongsa was selected as a model, which has two short exterior columns and one high inside column. The experimental frame has 1/2 scale and lateral forces are applied at high inside column by using drift control. The vertical gravity loads are applied on the frame. From the results of experiment it was shown that the stiffness and lateral capacity of the frame was increased when vertical loads are applied and the force-drift relationship in positive load direction was not same as in negative load direction. And push-over analysis are performed by using macro model in which the rotational and shear springs which were derived from the another experiments of subassemblies were used. The numerical analysis with macro model showed a good correspondence with the experiment within 2% story drift.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.21
no.6
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pp.311-322
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2017
In this study, the seismic performance of concrete-steel composite moment frame structures equipped with seismic retrofitting systems such as seismic reinforcement, base isolators, and bracing members, which are typical earthquake damage mitigation systems, is evaluated through nonlinear dynamic analyses. A total of five frame models were designed and each frame model was developed for numerical analyses. A total of 80 ground acceleration data were used to perform the nonlinear dynamic analysis to measure ground shear force and roof displacement, and to evaluate the behavioral performance of each frame model by measuring inter-story drift ratios. The analysis results indicate that the retrofitting device of the base isolator make a significant contribution to generating relatively larger absolute displacement than other devices due to flexibility provided to interface between ground and column base. However, the occurrence of the inter-story drift ratio, which is a relative displacement that can detect the damage of the structure, is relatively small compared with other models. On the other hand, the seismic reinforced frame model enhanced with the steel plate at the lower part of the column was found to be the least efficient.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.8
no.2
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pp.85-93
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2008
This study summarizes the results of a research project aimed at investigating the inelastic rotation capacity of beam-column joints of reinforced concrete special moment frames. All of the test specimens were classified as special moment frame (SMF), based on the design and detailing requirements of the ACI 318-02 provisions. The acceptance criteria, originally defined for steel moment frame connections in the 1997 edition of the AISC Seismic provisions, were used to evaluate the beam-column joints of the reinforced concrete moment frames. A total of 39 test specimens were examined in detail. Most of the joints that satisfy the design requirements for special moment frame structures were found to be ductile up to a plastic rotation of 3% without any major degradation in strength. This is mainly due to the stringent ACI 318-02 requirements for special moment frame joints. The presence of transverse beams increases confinement and shear resistance of joints, which results in better performance than for joints without transverse beams. All of the SMF connections that satisfy the ACI 318-02 limitations on joint shear stress turned out to meet the acceptance criteria.
In general, flat plate systems have been used as a gravity load resisting system (GLRS) in building. Thus, this system should be constructed with lateral force resisting system (LFRS) such as shear walls and brace frames. GLRS should retain the ability to undergo the lateral drift associated with the LFRS without loss of gravity load carrying capacity. And flat plate system can be designed LFRS as ordinary moment frame with the special details. Thus, flat plate system designed as GLRS or LFRS should be considered internal forces (e.g., unbalanced moments) and lateral deformation generated in vicinity of slab joints render the system more susceptible to punching shear. ACI 318 (2005) allows the direct design method, equivalent frame method under gravity loads and allows the finite-element models, effective beam width models, and equivalent frame models under lateral loads. These analysis methods can produce widely different result, and each has advantage and disadvantages. Thus, it is sometimes difficult for a designer to select an appropriate analysis method and interpret the results for design purposes. This study is to help designer selecting analysis method for flat plate system and to verify practicality of the modified equivalent frame method under lateral loads. This study compared internal force and drift obtained from frame methods with those obtained from finite element method under gravity and lateral loads. For this purposes, 7 story building is considered. Also, the accuracy of these models is verified by comparing analysis results using frame methods with published experimental results of NRC slab.
An experimental study was performed to investigate the cyclic behavior of the reinforced concrete frame with infilled steel plate. For this purpose, three-story compositewalls using infilled steel plates (RCSPW) were tested. The parameters for this test were the reinforcement ratio of the column and opening in the infilled steel plate. A reinforced concrete infilled wall (RCIW) and a reinforced concrete frame (RCF) were also tested for comparison. The deformation capacity of the RCSPW specimen was significantly greater than that of the RCIW specimen, although the two specimens exhibited the same load-carrying capacity. Like the steel plate walls with the steel boundary frame, RCSPW specimens showed excellent strength, deformation capacity, and energy dissipation capacity. Furthermore, by using infilled steel plates, shear cracking and failure of the column-beam joint were prevented. By using a strip model, the stiffness and strength of the RCSPW specimens were predicted. The results were compared with the test results.
As the key part in the reinforced concrete column-steel beam (RCS) frame, the beam-column joints are usually subjected the axial force, shear force and bending moment under seismic actions. With the aim to study the seismic behavior of RCS joints with and without RC slab, the quasi-static cyclic tests results, including hysteretic curves, slab crack development, failure mode, strain distributions, etc. were discussed in detail. It is shown that the composite action between steel beam and RC slab can significantly enhance the initial stiffness and loading capacity, but lead to a changing of the failure mode from beam flexural failure to the joint shear failure. Based on the analysis of shear failure mechanism, the calculation formula accounting for the influence of RC slab was proposed to estimate shear strength of RCS joint. In addition, the finite element model (FEM) was developed by ABAQUS and a series of parametric analysis model with RC slab was conducted to investigate the influence of the face plates thickness, slab reinforcement diameter, beam web strength and inner concrete strength on the shear strength of joints. Finally, the proposed formula in this paper is verified by the experiment and FEM parametric analysis results.
The pointwise equilibrium polynomial (PEP) element considering local second-order effect has been widely used in direct analysis of many practical engineering structures. However, it was derived according to Euler-Bernoulli beam theory and therefore it cannot consider shear deformation, which may lead to inaccurate prediction for deep beams. In this paper, a novel beam-column element based on Timoshenko beam theory is proposed to overcome the drawback of PEP element. A fifth-order polynomial is adopted for the lateral deflection of the proposed element, while a quadric shear strain field based on equilibrium equation is assumed for transverse shear deformation. Further, an additional quadric function is adopted in this new element to account for member initial geometrical imperfection. In conjunction with a reliable and effective three-dimensional (3D) co-rotational technique, the proposed element can consider both member initial imperfection and transverse shear deformation for second-order direct analysis of frame structures. Some benchmark problems are provided to demonstrate the accuracy and high performance of the proposed element. The significant adverse influence on structural behaviors due to shear deformation and initial imperfection is also discussed.
Park, Jung Woo;Sim, Ki Chul;Park, Jin Young;Lee, Young Hak;Kim, Heecheul
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.25
no.6
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pp.525-532
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2012
The recently constructed buildings are ensuring seismic safety with enhanced design criteria. But, the buildings unapplied enhanced design criteria are very weak. In this study, steel grid shear wall is proposed as a solution of seismic retrofit to ensure safety of the existing buildings for the earthquake. And the structural performance experiments were carried out under axial force and cyclic lateral loads. The two specimens were made of a reference RC frame and steel grid shear wall in-filled RC frame. The test setup configured with two dynamic actuators, for the axial force with a 500kN capacity actuator and for the cyclic lateral load applied with the 2,000kN actuator. Compared with control specimen, the strength, stiffness, ductility, energy dissipation capacity of the seismic retrofit structures is evaluated.
Kim, Yong Joon;Han, Arum;Kim, Seung Nam;Yu, Eunjong
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.18
no.1
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pp.53-61
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2014
RC shear wall sections which have irregular shapes such as T, ㄱ, ㄷ sections are typically used in low-rise buildings in Korea. Pushover analysis of building containing such members costs a lot of computation time and needs professional knowledge since it requires complicated modeling and, sometimes, fails to converge. In this study, a method using an equivalent column element for the shear wall is proposed. The equivalent column element consists of an elastic column, an inelastic rotational spring, and rigid beams. The inelastic properties of the rotational spring represent the nonlinear behavior of the shearwall and are obtained from the section analysis results and moment distribution for the member. The use of an axial force to compensate the difference in the axial deformation between the equivalent column element and the actual shear wall is also proposed. The proposed method is applied for the pushover analysis of a 5- story shear wall-frame building and the results are compared with ones using the fiber elements. The comparison shows that the inelastic behavior at the same drift was comparable. However, the performance points estimated using the pushover curves showed some deviations, which seem to be caused by the differences of estimated yield point and damping ratios.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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