This paper describes analytical investigation into a new dual function system including a couple of shear links which are connected in series using chevron bracing capable to correlate its performance with magnitude of earthquakes. In this proposed system, called Chevron Knee-Vertical Link Beam braced system (CK-VLB), the inherent hysteretic damping of vertical link beam placed above chevron bracing is exclusively utilized to dissipate the energy of moderate earthquakes through web plastic shear distortion while the rest of the structural elements are in elastic range. Under strong earthquakes, plastic deformation of VLB will be halted via restraining it by Stopper Device (SD) and further imposed displacement subsequently causes yielding of the knee elements located at the bottom of chevron bracing to significantly increase the energy dissipation capacity level. In this paper first by studying the knee yielding mode, a suitable shape and angle for diagonal-knee bracing is proposed. Then finite elements models are developed. Monotonic and cyclic analyses have been conducted to compare dissipation capacities on three individual models of passive systems (CK-VLB, knee braced system and SPS system) by General-purpose finite element program ABAQUS in which a bilinear kinematic hardening model is incorporated to trace the material nonlinearity. Also quasi-static cyclic loading based on the guidelines presented in ATC-24 has been imposed to different models of CK-VLB with changing of vertical link beam section in order to find prime effectiveness on structural frames. Results show that CK-VLB system exhibits stable behavior and is capable of dissipating a significant amount of energy in two separate levels of lateral forces due to different probable earthquakes.
A building structural system of moment resisting frame (MRF) with concrete filled steel tubular (CFST) columns and wide flange H beams, is one of the most conveniently constructed structural systems. However, there were few studies on evaluating seismic performance of full-scale CFST columns under high axial compression. In addition, some existing famous design codes propose various limits of width-to-thickness ratio (B/t) for steel tubes of the ductile CFST composite members. This study was intended to investigate the seismic behavior of CFST columns under high axial load compression. Four full-scale square CFST column specimens with a B/t of 42 were carried out that were subjected to horizontal cyclic-reversal loads combined with constantly light, medium and high axial loads and with a linearly varied axial load, respectively. Test results revealed that shear strength and deformation capacity of the columns significantly decreased when the axial compression exceeded 0.35 times the nominal compression strength of a CFST column, P0. It was obvious that the higher the axial compression, the lower both the shear strength and deformation capacities were, and the earlier and faster the shear strength degradation occurred. It was found as well that higher axial compressions resulted in larger initial lateral stiffness and faster degradation of post-yield lateral stiffness. Meanwhile, the lower axial compressions led to better energy dissipation capacities with larger cumulative energy. Moreover, the study implied that under axial compressions greater than 0.35P0, the CFST column specimens with B/t limits recommended by AISC 360 (2016), ACI 318 (2014), AIJ (2008) and EC4 (2004) codes do not provide ultimate interstory drift ratio of more than 3% radian, and only the limit in ACI 318 (2014) code satisfies this requirement when axial compression does not exceed 0.35P0.
In 2017, an intraplate earthquake of Mw 7.1 occurred 120 km from Mexico City (CDMX). Most collapsed structural buildings stroked by the earthquake were flat slab systems joined to reinforced concrete (RC) columns, unreinforced masonry, confined masonry, and dual systems. This article presents the simulated response of an actual six-story RC frame building with masonry infill walls that did not collapse during the 2017 earthquake. It has a structural system similar to that of many of the collapsed buildings and is located in a high seismic amplification zone. Five 3D numerical models were used in the study to model the seismic response of the building. The building dynamic properties were identified using an ambient vibration test (AVT), enabling validation of the building's finite element models. Several assumptions were made to calibrate the numerical model to the properties identified from the AVT, such as the presence of adjacent buildings, variations in masonry properties, soil-foundation-structure interaction, and the contribution of non-structural elements. The results showed that the infill masonry wall would act as a compression strut and crack along the transverse direction because the shear stresses in the original model (0.85 MPa) exceeded the shear strength (0.38 MPa). In compression, the strut presents lower stresses (3.42 MPa) well below its capacity (6.8 MPa). Although the non-structural elements were not considered to be part of the lateral resistant system, the results showed that these elements could contribute by resisting part of the base shear force, reaching a force of 82 kN.
Reducing the self-weight of reinforced concrete structures problem is discussed in this paper by using two types of self-weight reduction, the first is by using lightweight coarse aggregate (crushed brick) and the second is by using styropor block. Experimental and Numerical studies are conducted on (LWAC) lightweight aggregate reinforced concrete slabs, having styropor blocks with various sizes of blocks and the ratio of shear span to the effective depth (a/d). The experimental part included testing eleven lightweight concrete one-way simply supported slabs, comprising three as reference slabs (solid slabs) and eight as styropor block slabs (SBS) with a total reduction in cross-sectional area of (43.3% and 49.7%) were considered. The holes were formed by placing styropor at the ineffective concrete zones in resisting the tensile stresses. The length, width, and thickness of specimen dimensions were 1.1 m, 0.6 m, and 0.12 m respectively, except one specimen had a depth of 85 mm (which has a cross-sectional area equal to styropor block slab with a weight reduction of 49.7%). Two shear spans to effective depth ratios (a/d) of (3.125) for load case (A) and (a/d) of (2) for load case (B), (two-line monotonic loads) are considered. The test results showed under loading cases A and B (using minimum shear reinforcement and the reduction in cross-sectional area of styropor block slab by 29.1%) caused an increase in strength capacity by 60.4% and 54.6 % compared to the lightweight reference slab. Also, the best percentage of reduction in cross-sectional area is found to be 49.7%. Numerically, the computer program named (ANSYS) was used to study the behavior of these reinforced concrete slabs by using the finite element method. The results show acceptable agreement with the experimental test results. The average difference between experimental and numerical results is found to be (11.06%) in ultimate strength and (5.33%) in ultimate deflection.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.12
no.5
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pp.74-80
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2008
This paper evaluates seismic capacities of slab-column joints in flat plate system which has columns with various aspect ratio as experimental parameters. Continuous - bended shear reinforcements were applied for the prevention of punching shear failure in this study. The specimens of FIS1-05, FIS1-10, and FIS1-20 have the aspect ratio of 0.5, 1.0, and 2.0 respectively. Static lateral force was applied to the specimens in a horizontal direction and vertical load was applied by constant gravity load ratio. The test results were evaluated by lateral displacement and strength of slab-column joint. Consequently, the lateral resisting capacity of rectangular type column such as FIS1-05, FIS1-20 is superior to the square type column such as FIS1-10.
Kim, Do Hyun;Ju, Young Kyu;Kim, Myung Han;Sung, Woo Gi;Kim, Sang Dae
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.21
no.1
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pp.83-91
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2009
Buckling Restrained Braces (BRBs) show good seismic behavior. They do not dissipate energy, however, when they are subjected to minor earthquakes or wind. Hybrid Buckling Restrained Braces (H-BRBs), which can improve the wind performance of the BRB system, are a kind of hybrid damper system composed of a viscoelastic damper and BRBs. In this paper, two H-BRB specimens with different cores were experimentally investigated to ensure the structural behavior of the H-BRB system in an elastic range. The axial deformation of the primary resisting system was compared with that of the secondary resisting system, and the equivalent damping ratio of the H-BRBs was estimated. It was concluded that H-BRBs with double shear dampers show good structural behavior and are applicable to tall buildings, to improve the building performance at a comfortable level.
Recently, new experimental criteria for reinforced concrete frame structures in high seismic regions have been reported in United States. The objective of the criteria is to get more reliable test data which are valid to compare with other test data done by different researchers. The criteria precribe test method of specimens, analysis method of test data, and limiting values needed to specimens like drift angle, energey dissipation ratio, stiffness, and strength. These criteria might be usefel to get objective conclusion. Shear wall structures, which belong to one of earthquake resisting systems, also need this kind of criteria. But, the general response of shear wall structures is a little bit different from that of frame structures since shear wall restrains the horizontal displacement caused by horizontal force and increases the stiffness and strength. The objective of this paper is to propose a criterion for limiting drift and energy dissipation ratio of shear walls based on structural testing. These are the most important values for presenting the capacity of shear walls. Limiting drift and energy dissipation ratios were examined for tests on shear walls having ductile type failures. Test data were analyzed and compared to the results for a suggested acceptance criteria that involve a limiting drift that is a function of aspect ratio and a limiting energy dissipation ratio that is a function of displacement ductility and damping.
An experimental study was performed to investigate the earthquake resistance of the beam-column connections as a part of a precast concrete moment-resisting frame that uses precast concrete U-shaped shells for the beams. Five full-scale precast concrete specimens and one conventional monolithic concrete specimen were tested under cyclic loading. The parameters for this test were the reinforcement ratio, stirrup spacing, and end-strengthening details of the precast beam shell. The test results showed that regardless of the test parameters, the precast concrete beam-column connections showed good load-carrying capacity and deformation capacity, which were comparable to those of conventional monolithic concrete specimen. However, at large deformations, the beam-column connections of the precast concrete specimens were subjected to severe strength degradation due to diagonal shear cracks and the bond-slip of re-bars at the joint region. For this reason, the energy dissipation capacity and stiffness of the precast concrete specimens were significantly less than those of the cast-in-place specimen.
Previous experimental researches indicate that reinforced concrete beam-column joints play an important role in the mechanical properties of moment resisting frame structures, so as to require proper design. In order to get better understanding of the beam-column joint performance, a rational model needs to be developed. Based on the former considerations, two typical models for calculating the shear carrying capacity of the beam-column joint including the inelastic reinforced concrete joint model and the softened strut-and-tie model are selected to be introduced and analyzed. After examining the applicability of two typical models mentioned earlier to interior beam-column joints, several adjustments are made to get better predicting of the test results. For the softened strut-and-tie model, four adjustments including modifications of the depth of the diagonal strut, the inclination angle of diagonal compression strut, the smeared stress of mild steel bars embedded in concrete, as well as the softening coefficient are made. While two adjustments for the inelastic reinforced concrete joint model including modifications of the confinement effect due to the column axial load and the correction coefficient for high concrete are made. It has been proved by test data that predicted results by the improved softened strut-and-tie model or the modified inelastic reinforced concrete joint model are consistent with the test data and conservative. Based on the test results, it is also not difficult to find that the improved beam-column joint model can be used to predict the joint carrying capacity and cracks development with sufficient accuracy.
Park, Jong-Wook;Yun, Seok-Gwang;Kim, Byoung-Il;Lee, Jung-Yoon
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.24
no.4
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pp.399-406
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2012
Beam-column joints are generally recognized as the critical regions in the moment resisting reinforced concrete (RC) frames subjected to both lateral and vertical loads. As a result of severe lateral load such as seismic loading, the joint region is subjected to horizontal and vertical shear forces whose magnitudes are many times higher than in column and adjacent beam. Consequently, much larger bond and shear stresses are required to sustain these magnified forces. The critical deterioration of potential shear strength in the joint area should not occur until ductile capacity of adjacent beams reach the design demand. In this study, a method was provided to predict the deformability of reinforced concrete beam-column joints failing in shear after the plastic hinges developed at both ends of the adjacent beams. In order to verify the deformability estimated by the proposed method, an experimental study consisting of three joint specimens with varying tensile reinforcement ratios was carried out. The result between the observed and predicted behavior of the joints showed reasonably good agreement.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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