To improve braced frame performance, the connection strength, stiffness, and ductility must be directly considered in the frame design. The resistance of the connection must be designed to resist seismic loads and to help provide the required system ductility. In addition, the connection stiffness affects the dynamic response and the deformation demands on the structural members and connections. In this paper, current design models for gusset plate connections are reviewed and evaluated usingthe results of past experiments. Current models are still not sufficient to provide adequate connection design guidelines and the actual stress and strain states in the gusset plate are very nonlinear and highly complex. Design engineers want simple models with beam and column elements to make an approximate estimation of system and connection performance. The simplified design models are developed and evaluated to predict connection stiffness and system behavior. These models produce reasonably accurate and reliable estimation of connection stiffness.
The progressive collapse phenomenon is generally regarded as dynamic. Due to the impracticality of nonlinear dynamic computations for practitioners, an interest arises for the development of equivalent static pushover procedures. The present paper proposes a methodology to identify such a procedure for sudden column removals, using energetic evaluations to determine the pushover loads to apply. In a dynamic context, equality between the cumulated external and internal works indicates a vanishing kinetic energy. If such a state is reached, the structure is sometimes assumed able to withstand the column removal. Approximations of these works can be estimated using a static computation, leading to an estimate of the displacements at the zero kinetic energy configuration. In comparison with other available procedures based on such criteria, the present contribution identifies loading patterns to associate with the zero-kinetic energy criterion to avoid a single-degree-of-freedom idealisation. A parametric study over a family of regular steel structures of varying sizes uses non-linear dynamic computations to assess the proposed pushover loading pattern for the cases of central and lateral ground floor column failure. The identified quasi-static loading schemes are shown to allow detecting nearly all dynamically detected plastic hinges, so that the various beams are provided with sufficient resistance during the design process. A proper accuracy is obtained for the plastic rotations of the most plastified hinges almost independently of the design parameters (loads, geometry, robustness), indicating that the methodology could be extended to provide estimates of the required ductility for the beams, columns, and beam-column connections.
Choi, Sung Mo;Jung, Do Sub;Kim, Dae Joong;Kim, Jin Ho
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.17
no.4
s.77
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pp.419-429
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2005
The objective of this study is to clarify the structural features of members consisting of a connection, as part of the previous study on the CFT column-to-beam tensile connection with a combined cross diaphragm. This connection has the following merits: it evenly distributes the stress on the beam flange and the diaphragm and reduces the stress concentration by improving the stress transfer route and restraining the abrupt deformation of the diaphragm. Finite element analysis was performed to find out the stress transfer through the sleeve, which is an important member of the connection with a combined cross diaphragm. The length and thickness of the sleeve were used as variables for the analysis. The analysis results showed that the length and thickness of the sleeve did not influence the capacity of the connection and played the role of a medium for the transfer of the stress from the diaphragm to the filled concrete. It was proposed that the appropriate length of the sleeve have the same value as the diameter of the sleeve and that the appropriate ratio of the sleeve diameter to the sleeve thickness be 20. Two equations for the evaluation of the load carrying the capacity of the connection were also proposed through the modification of the evaluation equation suggested in the previous study.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.1
no.2
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pp.69-78
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1997
Recent test results of steel moment connections repaired with a haunch on the bottom side of the beam have been shown to be a very promising solution to enhancing the seismic performance of steel moment-resisting frames. Yet, litle is known about the effects of using such a repair scheme on the system seismic performance of structures. To investigate the effects of haunch repair on the system seismic performance, a case study was conducted for a 13-story steel frame building damaged during the 1994 Northridge earthquake. When haunches are incorporated in a steel moment frame, the response prediction is complicated by the presence of "dual" panel zones in the column. A new analytical modeling technique for the dual panel zone recently developed by the author was incorporated in the analysis. Incorporating the behavior of dual panel zone was among the most significant consideration in the analyses. Both the inelastic static and dynamic analyses did not indicate detrimental side effects resulting from the repair.he repair.
Park, Chang-Hee;Lee, Cheol-Ho;Park, Hong-Gun;Hwang, Hyeon-Jong;Lee, Chang-Nam;Kim, Hyoung-Seop;Kim, Sung-Bae
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.23
no.4
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pp.503-514
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2011
In this research, the seismic connection details for two concrete-filled U-shape steel beam-to-H columns were proposed and cyclically tested under a full-scale cruciform configuration. The key connecting components included the U-shape steel section (450 and 550 mm deep for specimens A and B, respectively), a concrete floor slab with a ribbed deck (165 mm deep for both specimens), welded couplers and rebars for negative moment transfer, and shear studs for full composite action and strengthening plates. Considering the unique constructional nature of the proposed connection, the critical limit states, such as the weld fracture, anchorage failure of the welded coupler, local buckling, concrete crushing, and rebar buckling, were carefully addressed in the specimen design. The test results showed that the connection details and design methods proposed in this study can well control the critical limit states mentioned above. Especially, the proposed connection according to the strengthening strategy successfully pushed the plastic hinge to the tip of the strengthened zone, as intended in the design, and was very effective in protecting the more vulnerable beam-to-column welded joint. The maximum story drift capacities of 6.0 and 6.8% radians were achieved in specimens A and B, respectively, thus far exceeding the minimumlimit of 4% radians required of special moment frames. Low-cycle fatigue fracture across the beam bottom flange at a 6% drift level was the final failure mode of specimen A. Specimen B failed through the fracture of the top splice plate of the bolted splice at a very high drift ratio of 8.0% radian.
This paper investigates the progressive collapse behavior of 3D steel-framed gravity buildings under fires with a cooling phase. The effect of fire protections and bracing systems on whether, how, and when a gravity building collapses is studied. It is found that whether a building collapses or not depends on the duration of the heating phase, and it may withstand a "short-hot" fire, but collapses under a mild fire or a "long-cool" fire. The collapse time can be conservatively determined by the time when the temperature of steel columns reaches a critical temperature of 550 ℃. It is also found that the application of a higher level of fire protection may prevent the collapse of a building, but may also lead to its collapse in the cooling phase due to the delayed temperature increment in the heated members. The tensile membrane action in a heated slab can be resisted by a tensile ring around its perimeter or by tensile yielding lines extended to the edge of the frame. It is recommended for practical design that hat bracing systems should be arranged on the whole top floor, and a combination of perimeter and internal vertical bracing systems be used to mitigate the fire-induced collapse of gravity buildings. It is also suggested that beam-to-column connections should be designed to resist high tensile forces (up to yielding force) during the cooling phase of a fire.
The behavior of the connection for beam-to-column weak axis connection and its details should be identified. Thus, each element is considered a panel zone, and the horizontal stiffener's presence or absence and position in bracket-type welding connection are used as variables to compare the behavior of strong axis connection and weak axis connection. In this study, the strength of connection is calculated by substituting the simple beam-strengthened vertical stiffeners for connection in the presence of horizontal stiffeners. In the absence of horizontal stiffeners, the strength of connection can be calculated using local flange bending strength considering local web yielding strength, web crippling, and web buckling strength. The results of the theoretical analysis and experiments are compared.
In this study, an unbraced five-story steel-framed structure was designed in accordance with KBC2005 to understand the features of structural behavior for the arrangement of semi-rigid connections. A pushover analysis of the structural models was performed, wherein all the connections were idealized as fully rigid and semi-rigid. Additionally, horizontal and vertical arrangements of the semi-rigid connection were adopted for the models. A fiber model was utilized for the moment-curvature relationship of the steel beam and the column, and a three-parameter power model was adopted for the moment-rotation angle of the semi-rigid connection. The top displacement, base-shear force, required ductility for the connection, sequence of the plastic hinge, and design factors such as the overstrength factor, ductility factor, and response modification coefficient were investigated using the pushover analysis of a 2D structure subjected to the equivalent static lateral force of KBC2005. The partial arrangement of the semi-rigid connection was found to have secured higher strength and lateral stiffness than that of the A-Semi frame, and greater ductility than the A-Rigid frame. The TSD connection was found suitable for use for economy and safety in the sample structure.
Akbar, Junaid;Ahmad, Naveed;Alam, Bashir;Ashraf, Muhammad
Structural Engineering and Mechanics
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v.67
no.1
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pp.1-8
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2018
Shake table tests performed on five 1:3 reduced scale two story RC moment resisting frames having construction defects, have shown severe joint damageability in deficient RC frames, resulting in joint panels' cover spalling and core concrete crushing. Haunch retrofitting technique was adopted herein to upgrade the seismic resistance of the deficient RC frames. Additional four deficient RC frames were built and retrofitted with steel haunch; both axially stiffer and deformable with energy dissipation, fixed to the beam-column connections to reduce shear demand on joint panels. The as-built and retrofitted frames' seismic response parameters are calculated and compared to evaluate the viability of haunch retrofitting technique. The haunch retrofitting technique increased the lateral stiffness and strength of the structure, resulting in the increase of structure's overstrength. The retrofitting increased response modification factor R by 60% to 100%. Further, the input excitation PGA was correlated with the lateral roof displacement to derive structure response curve that have shown significant resistance of retrofitted models against input excitations. The technique can significantly enhance the seismic performance of deficient RC frames, particularly against the frequent and rare earthquake events, hence, promising for seismic risk mitigation.
The cold-formed steel storage racks are extensively employed in various industries applications such as storing products in reliable places and storehouses before distribution to the market. Racking systems lose their stability under lateral loads, such as seismic actions due to the slenderness of elements and low ductility. This justifies a need for more investigation on methods to improve their behavior and increase their capacity to survive medium to severe loads. A standardized connection could be obtained through investigation on the moment resistance, value of original rotational stiffness, ductility, and failure mode of the connection. A total of six monotonic tests were carried out to determine the behavior of the connection of straight 2.0 mm, and 2.6 mm thickness connects to 5 lug end connectors. Then, the obtained results are benched mark as the original data. Furthermore, an extreme learning machine (ELM) technique has been employed to verify and predict both moment and rotation results. Out of 4 connections, increase the ultimate moment resistance of connection by 13% and 18% for 2.0 mm and 2.6 mm upright connection, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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