A new generalized Bernoulli/Timoshenko beam-column element on a two-parameter elastic foundation is presented herein. This element is based on the exact solution of the differential equation which describes the deflection of the axially loaded beam resting on a two-parameter elastic foundation, and can take into account shear deformations, semi - rigid connections, and rigid offsets. The equations of equilibrium are formulated for the deformed configuration, so as to account for axial force effects. Apart from the stiffness matrix, load vectors for uniform load and non-uniform temperature variation are also formulated. The efficiency and usefulness of the new element in reinforced concrete or steel structures analysis is demonstrated by two examples.
Implementation of openings in beams web has been introduced as an innovative method for improving seismic performance of steel moment frames. In this paper, several steel moment frames have been studied in order to evaluate the effect of openings in beams web. The beam sections with web opening have been modeled as a simplified super-element to be used in designing frames and to determine opening configurations. Finite element models of designed frames were generated and nonlinear static pushover analysis was conducted. The efficient location for openings along the beam length was discovered and the effects of beams with web openings on local and global behavioral characteristics of frames were discussed. Base on the results, seismic performance of steel moment frames was improved by creating openings in beams web, in terms of reduction in stress level of frame sensitive areas such as beam to column connections and panel zones.
Bearing wall system was used extensively in most multi-residential apartment buildings in Korea. However, bearing wall apartments have the lack of architectural plan flexibility, remodelling-incompatible, causing serious economic losses in terms of construction waste. Recently, many researchers have studied the use of Rahmen structure as a potential alternative. The beam-column connection in the paper for long-life apartment housing forms connection of a Rahmen structure utilizing the advantages of steel and reinforced concrete. In addition, reduction of cast-in place concrete and construction schedule is expected by using precast concrete. Reduction effect of quantity decreased construction costs and $CO_2$ emission of key construction materials. However, verifying the feasibility of new construction method entails numerous challenges. Accordingly, the purpose of this study is to analyze the construction feasibility of sleeve, coupler, and pressure welding connections for long-life apartment building structure. A 3D modeling software was used to perform the analysis, and a real scale model was created to verify the results of construction feasibility. By verifying the construction feasibility of beam-column connections, this study will contribute to the efficient application of these methods on construction sites.
In the present study, details of the TSC beam-to-PSRC column connection for low and middle seismic zones were developed. For ease construction, the top and bottom flanges of the steel section of the TSC beam were discontinuous at the joint face on purpose, while the web passes through the joint. Thus, tensile resistance of the top and bottom flanges is not considered in the calculation of nominal strength of the connection. Cyclic loading tests on two interior connections and an exterior connection were performed to verify the seismic performance. The test parameter for two interior connections was the depth of the TSC beams: 600 and 700 mm including the slab depth. The test results showed that the nominal strength of the connections predicted by KBC 2009 correlated well with the test results. The connection specimens exhibited relatively good deformation and energy dissipation capacities, greater than the requirements for the ordinary and intermediate moment frames. Ultimately, the connection specimens were failed at the story drift ratios of 3.0 to 4.0 % due to local buckling and tensile fracture of the web of the TSC beam passing through the joint. By modifying the existing provisions of ASCE, the joint shear strength of the TSC beam-PSRC column connection was evaluated.
Saggaff, A.;Tahir, M.M.;Sulaiman, A.;Ngian, S.P.;Mirza, J.
Structural Engineering and Mechanics
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v.55
no.4
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pp.765-784
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2015
Connections are usually designed either as pinned usually associated with simple construction or rigid normally is associated with continuous construction. However, the actual behaviour falls in between these two extreme cases. The use of partial strength or semi-rigid connections has been encouraged by Euro-code 3 and studies on semi-continuous construction have shown substantial savings in steel weight of the overall construction. Composite connections are proposed in this paper as partial or full strength connections. Standardized connection tables are developed based on checking on all possible failure modes as suggested by "component method" for beam-to-column composite connection on major axis. Four experimental tests were carried out to validate the proposed standardised connection table. The test results showed good agreement between experimental and theoretical values with the ratio in the range between 1.06 to 1.50. All tested specimens of the composite connections showed ductile type of failure with the formation of cracks occurred on concrete slab at maximum load. No failure occurred on the Trapezoidal Web Profiled Steel Section as beam and on the British Section as column.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2004.11a
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pp.425-428
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2004
Nonlinear finite element analysis is conducted to predict the structural behavior of precast concrete column and steel beam connected by using bolted connections. The Nonlinear FEM program is based on the modified compression field theory which has good accuracy in the concrete structures. The link element is properly used to model the discontinuity between precast concrete column and steel beam. Predictions from the proposed model are compared with experimental results and it is concluded that structural behaviors of the composite structures, such as strength capacity, crack pattern and failure mode, can be predicted quite successfully.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.10
no.sup3
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pp.87-96
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2016
This numerical study investigated the effects of different reinforcing details in beam-column joints on the blast resistance of the joints. Due to increasing manmade and/or natural high rate accidents such as impacts and blasts, the resistance of critical civil and military infrastructure or buildings should be sufficiently obtained under those high rate catastrophic loads. The beam-column joint in buildings is one of critical parts influencing on the resistance of those buildings under extreme events such as earthquakes, impacts and blasts. Thus, the details of reinforcements in the joints should be well designed for enhancing the resistance of the joints under the events. Parameters numerically investigated in this study include diagonal, flexural, and shear reinforcing steel bars. The failure mechanism of the joints could be controlled by the level of tensile stress of reinforcing steel bars. Among various reinforcing details in the joints, diagonal reinforcement in the joints was found to be most effective for enhancing the resistance under blast loads. In addition, shear reinforcements also produced favourable effects on the blast resistance of beam-column joints.
The seismic responses of a building are affected by the connection characteristics that have effects on structural stiffness. In this study, push-over analysis and time history analysis were performed to estimate structural behavior of 2D eight-story unbraced steel structures with partially restrained composite connections using a nonlinear dynamic analysis program. Nonlinear $M-{\theta}$characteristics of connection and material inelastic characteristics of composite beam and steel column were considered. The idealization of composite semi-rigid connection as fully rigid connection yielded an increase in initial stiffness and ultimate strength in the push-over analysis. In time history analysis, the stiffness and hysteretic behavior of connections have effects on base-shear force, maximum story-drift and maximum moment in beams and columns. For seismic waves with PGA of 0.4 g, the structure with the semi-rigid composite connections shows the maximum story-drift with less than the life safety criteria by FEMA 273 and no inelastic behavior of beam and column, whereas in the structure with rigid connections, beams and columns have experienced inelastic behaviors.
The component method is an analytical approach for investigating the moment-rotation relationship of steel connections. In this study, the component method was improved from two aspects: (i) load analysis of mechanical model; and (ii) combination of spring elements. An optimized component method with more reasonable component models, spring arrangement position, and boundary conditions was developed using finite element analysis. An experimental testing program in two major-axis and two minor-axis connections under symmetrically loading was carried out to verify this method. The initial rotational stiffness obtained from the optimized component method was consistent with the experimental results. It can be concluded that (i) The coupling stiffness between column and beam flanges significantly affects the effective height of the tensile-column web. (ii) The mechanical properties of the bending components were obtained using an equivalent t-stub model considering the bending capacity of bolts. (iii) Using the optimized mechanical components, the initial rotational stiffness was accurately calculated using the spring system. (iv) The characteristics of moment-rotation relationship for beam to column connections were effectively expressed by the SPRING element analysis model using ABAQUS. The calculations are simpler, and the results are accurate.
Based on stability theory of current rigid steel frames and using the three-column subassemblage model, the governing equations for determining the effective length factor (${\mu}$-factor) of the columns in semirigid composite frames are derived. The effects of the nonlinear moment-rotation characteristics of beam-to-column connections and composite action of slab are considered. Furthermore, using a two-bay three-storey composite frame with semi-rigid connections as an example, the effects of the non-linear moment-rotation characteristics of connections and load value on the ${\mu}$-factor are numerically studied and the ${\mu}$-factors obtained by the proposed method and Baraket-Chen's method are compared with those obtained by the exact finite element method. It was found that the proposed method has good accuracy and can be used in stability analysis of semi-rigid composite frames.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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