This paper provides a state-of-the-art review on advanced analysis models for investigating the load-displacement and ultimate load behaviour of steel and composite frames subjected to static gravity and lateral loads. Various inelastic analysis models for steel and composite members are reviewed. Composite beams under positive and negative moments are analysed using a moment-curvature relationship which captures the effects of concrete cracking and steel yielding along the members length. Beam-to-column connections are modeled using rotational spring. Building core walls are modeled using thin-walled element. Finally, the nonlinear behaviour of a complete multi-storey building frame consisting of a centre core-wall and the perimeter frames for lateral-load resistance is investigated. The performance of the total building system is evaluated in term of its serviceability and ultimate limit states.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.6
no.3
s.21
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pp.123-130
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2006
This study propose cutting body portion-high strength mechanical fasteners to improve deformation capacity of High strength bolts, which are the mechanical fasteners used for End-plate connections. And, we report that loading test results of steel beam-to-column connection using high deformation capacity-high strength bolts in accordance with SAC2000 loading program. As a result, the initial stiffness and the maximum strength of the connection using high deformation capacity-high strength bolts, are approximately the same in comparison with those of the end-plate connection using the existing high strength bolts. But the deformation capacity of the connection is more than twice as much as those.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2005.03a
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pp.552-559
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2005
The resistance of a structure against an earthquake is related to its ability to absorb the seismic input energy. The development of devices for dissipating the seismically induced energy on the structure is a subject that is receiving large attentionin the field of earthquake engineering. One example of these devices is the steel plate with slits. In this paper, a connection with a slit-type steel plate damper installed at each ends of wide-flange section beam, as an energy absorption element, was proposed. A series of experiment was performed to investigate their behavior and structural characteristic. The main parameters were the aspect ratio of the struts in slit plates, thickness of the struts and height of the vertical plates. Test results indicated that most of the energy was absorbed by plastic deformation of slit plate dampers.
Kim, Young Ju;Bae, Jae Hoon;Ahn, Tae Sang;Kim, Jin Won;Ryu, Hong Sik
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.26
no.4
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pp.263-275
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2014
In this study, connection of steel reinforced concrete(SRC) column and composite beam which consists of H-section and U-section members were tested under cyclic loading. An essential point of the composite beam is the structural performance of welded joint between the H-section and the U-section members. To improve the structural performance of joint of two beam members, vertical stiffeners, trapezoidal stiffeners, and top bars were used. Five full-scaled specimens were designed to study the effect of a number of parameters on cyclic performance of connections such as H-section beam size($H-500{\times}200{\times}10{\times}16$, $H-600{\times}200{\times}11{\times}17$), the presence of stiffeners and top bars, and the presence of no weld access hole(WAH) method. Based on the test results, deformation capacity of the specimens with H-500 series beam and H-600 series beam were 4% and 3% rotation angle, which is the requirement for the Special Moment Frame and Intermediate Moment Frame(IMF), respectively. Test result showed that deformation capacity of connection with stiffeners and top bars is greater than that of connection without stiffeners and top bars. Finally, energy dissipation capacity and strain profile of specimens were summarized.
Sharma, Vijay;Shrimali, Mahendra K.;Bharti, Shiv D.;Datta, Tushar K.
Steel and Composite Structures
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v.34
no.5
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pp.625-641
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2020
The realistic modeling of the beam-column semi-rigid connection in steel frames attracted the attention of many researchers in the past for the seismic analysis of semi-rigid frames. Comparatively less studies have been made to investigate the behavior of steel frames with semi-rigid connections under different types of earthquake. Herein, the seismic behavior of semi-rigid steel frames is investigated under both far and near-field earthquakes. The semi-rigid connection is modeled by the multilinear plastic link element consisting of rotational springs. The kinematic hysteresis model is used to define the dynamic behavior of the rotational spring, describing the nonlinearity of the semi-rigid connection as defined in SAP2000. The nonlinear time history analysis (NTHA) is performed to obtain response time histories of the frame under scaled earthquakes at three PGA levels denoting the low, medium and high-level earthquakes. The other important parameters varied are the stiffness and strength parameters of the connections, defining the degree of semi-rigidity. For studying the behavior of the semi-rigid frame, a large number of seismic demand parameters are considered. The benchmark for comparison is taken as those of the corresponding rigid frame. Two different frames, namely, a five-story frame and a ten-story frame are considered as the numerical examples. It is shown that semi-rigid frames prove to be effective and beneficial in resisting the seismic forces for near-field earthquakes (PGA ≈ 0.2g), especially in reducing the base shear to a considerable extent for the moderate level of earthquake. Further, the semi-rigid frame with a relatively weaker beam and less connection stiffness may withstand a moderately strong earthquake without having much damage in the beams.
Seung-Ho Choi;Sang-Hoon Lee;Jae-Hyun Kim;Inwook Heo;Hoseong Jeong;Kang Su Kim
Earthquakes and Structures
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v.26
no.1
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pp.49-58
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2024
The purpose of this study was to develop a system capable of restoring the seismic performance of a precast concrete (PC) connection damaged by an earthquake. The developed PC connection consists of a top-and-seat angle, post-tensioning (PT) tendons, and U-shaped steel. The PC beam can be replaced by cutting the PT tendons in the event of damage. In addition, the seismic performance of the developed PC beam-column connection was evaluated experimentally. A PC beam-column connection specimen was fabricated, and a quasistatic cyclic loading test was conducted to a maximum drift ratio of 2.3%. Subsequently, the PC beam was replaced by a new PC beam, and the repaired PC connection was loaded to a maximum drift ratio of 5.1%. The structural performance of the repaired PC connection was then compared with that of the original PC connection. The difference in the load at the drift ratio of 2.3% between the original and the repaired PC specimens was only 0.2%. The residual drift ratio in the repaired PC specimen did not exceed 1.0% at the 2.0 % drift ratio cycles, which satisfies the life safety performance level specified in ACI 374.2R-13. When the developed PC connection system is used, structural performance can be restored by rapidly replacing the damaged elements.
Santiago, Aldina;Simoes da Silva, Luis;Vaz, Gilberto;Vila Real, Paulo;Lopes, Antonio Gameiro
Steel and Composite Structures
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v.8
no.3
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pp.243-264
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2008
This paper details a testing facility ("NATURAL FIRE FACILITY") that allows closely-controlled experimental testing on full-scale sub-frames while reproducing the spatially transient temperature conditions measured in real fires. Using this test facility, an experimental investigation of six steel sub-frames under a natural fire was carried out at the Department of Civil Engineering of the University of Coimbra. The main objective of these tests was to provide insight into the influence of these connection types on the behaviour of steel sub-structures under fire. The experimental layout is defined by two thermally insulated HEA300 columns and an unprotected IPE300 beam with 5.7 m span, supporting a composite concrete slab. Beam-to-column connections are representative of the most common joint type used on buildings: welded joints and extended, flush and partial depth plate. Finally, the available results are presented and discussed: evolution of the steel temperature; development of displacements and local deformations and failure modes on the joints zone.
The connections are classified as rigid, semi+rigid, or pinned. There are two classification systems, EC3 adn Bjorhovede et al., representatively. The EC3 boundary between rigid and semi-rigid connections is in on the whole restrictive in term of the stiffness as well as the moment capacity of connections. The boundary specified by Bjorhovede et al. may not be sufficient to assure the behavior of rigid frames in some cases. In this study, it is proposed the new classification system for steel connection that depends on the reduction factor(R) of critical buckling load for unbraced semi-rigid frame expressed by the stiffness ratio($\rho$) of beam to column and the stiffness ratio(k) of connection to beam. Finally, it is examined by experimental data that new classification criteria provides a practical boundary compared wit hteh existing classifications.
The precast concrete beam-column connectors to retrofit an apartment building were investigated experimentally. Five precast concrete beam-column connectors were considered to develop a modified model which was adapted to domestic construction conditions from the DDC(dywidag ductile connection) of Germany. Special H-shape steel hardware was used to decrease the width of column and beams for the construction of external frames in apartments. It was found that the DDC had high joint strength and ductility, however failed in inclined shear crackings in the columns. The modified one showed better behaviors in tests because they did not show critical column crackings at failure. The test result of modified one with grouting was compared to that of the one without grouting within the duct. The one with grouting showed higher strength and ductility in failure than that without grouting.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.26
no.1
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pp.73-80
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2022
In this study, details of NRC beam-column connections were developed in which beam and columns pre-assembled in factories using steel angles were bolted on site. The developed joint details are NRC-J type and NRC-JD type. NRC-J type is a method of tensile joining with TS bolts to the side and lower surfaces of the side plate of the NRC column and the end plate of the NRC beam. NRC-JD type has a rigid joint with high-strength bolts between the NRC beam and the side of the NRC column for shear, and with lap splices of reinforcing bar penetrating the joint and the beam main reinforcement for bending. For the seismic performance evaluation of the joint, three specimens were tested: an NRC-J specimen and NRC-JD specimen with NRC beam-column joint details, and an RC-J specimen with RC beam-column joint detail. As a result of the repeated lateral load test, the final failure mode of all specimens was the bending fracture of the beam at the beam-column interface. Compared to the RC-J specimen, the maximum strength of the specimen by the positive force was 10.1% and 29.6% higher in the NRC-J specimen and the NRC-JD specimen, respectively. Both NRC joint details were evaluated to secure ductility of 0.03 rad or more, the minimum total inter-story displacement angle required for the composite intermediate moment frame according to the KDS standard (KDS 41 31 00). At the slope by relative storey displacemet of 5.7%, the NRC-J specimen and the NRC-JD specimen had about 34.8% and 61.1% greater cumulative energy dissipation capacity than the RC specimen. The experimental strength of the NRC beam-column connection was evaluated to be 30% to 53% greater than the theoretical strength according to the KDS standard formula, and the standard formula evaluated the joint performance as a safety side.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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