Steel shear walls are used to strengthen steel and concrete structures. One such system is Partial Attached Steel Shear Walls (PASSW), which are only connected to frame beams. This system offers both structural and architectural advantages. This study first calibrated the numerical model of RC frames with and without PASSW using an experimental sample. The seismic performance of the RC frame was evaluated by 30 non-linear static analyses, which considered stiffness, ductility, lateral strength, and energy dissipation, to investigate the effect of PASSW width and column axial load. Based on numerical results and a curve fitting technique, a lateral stiffness equation was developed for frames equipped with PASSW. The effect of the shear wall location on the concrete frame was evaluated through eight analyses. Nonlinear dynamic analysis was performed to investigate the effect of the shear wall on maximum frame displacement using three earthquake records. The results revealed that if PASSW is designed with appropriate stiffness, it can increase the energy dissipation and ductility of the frame by 2 and 1.2 times, respectively. The stiffness and strength of the frame are greatly influenced by PASSW, while axial force has the most significant negative impact on energy dissipation. Furthermore, the location of PASSW does not affect the frame's behavior, and it is possible to have large openings in the frame bay.
In this study, circular thin-walled reinforced high strength concrete-filled steel tube (RHSCFST) stub columns with various tube thicknesses (i.e., 1.8, 2.5 and 3.0mm) and reinforcement ratios (i.e., 0, 1.6%, 2.4% and 3.2%) were fabricated to explore the influence of these factors on the axial compressive behavior of RHSCFST. The obtained test results show that the failure mode of RHSCFST transforms from outward buckling and tearing failure to drum failure with the increasing tube thickness. With the tube thickness and reinforcement ratio increased, the ultimate load-carrying capacity, compressive stiffness and ductility of columns increased, while the lateral strain in the stirrup decreased. Comparisons were also made between test results and the existing codes such as AIJ (2008), BS5400 (2005), ACI (2019) and EC4 (2010). It has been found that the existing codes provide conservative predictions for the ultimate load-carrying capacity of RHSCFST. Therefore, an accurate model for the prediction of the ultimate load-carrying capacity of circular thin-walled RHSCFST considering the steel reinforcement is developed, based on the obtained experimental results. It has been found that the model proposed in this study provides more accurate predictions of the ultimate load-carrying capacity than that from existing design codes.
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.
Miller, Dane;Doh, Jeung-Hwan;Ho, Nhat Minh;Peters, Tim
International conference on construction engineering and project management
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2015.10a
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pp.564-567
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2015
The incorporation of sustainability principles into the structural engineering design of buildings is increasingly important. Historically the focus of improvements to the environmental performance of structures has been operational energy considerations. Current research has highlighted the requirement for changing the approach by increasing the consideration of embodied energy in structures. This research was conducted to build on previous research by the authors in quantifying the contribution of column optimization to the embodied energy performance of concrete framed buildings. Ultimately, the authors intend to develop mechanisms through which sustainable design can be quantified, enabling alleviation prior to construction. Columns are a key structural element to consider as part of this development process. The outcomes of this assessment reinforced previous findings, observing that reduced structural weight as a result of other sustainable design measures carries manifold benefits include column design savings. Through the quantification of the embodied energy outcomes during this research phase, the columns were shown to contribute up to 19.71% of the total embodied energy of the structural system dependent upon construction technique used.
Corrosion of reinforcement is the greatest threat to the safety of existing reinforced concrete (RC) structures. Most of the olden structures are gravity load designed (GLD) and are seismically deficient. In present study, investigations are carried out on corrosion damaged GLD beam-column sub-assemblages under reverse cyclic loading, in order to evaluate their seismic performance. Five GLD beam-column sub-assemblage specimens comprising of i) One uncorroded ii) Two corroded iii) One uncorroded strengthened with steel bracket and haunch iv) One corroded strengthened with steel bracket and haunch, are tested under reverse cyclic loading. The performances of these specimens are assessed in terms of hysteretic behaviour, energy dissipation and strength degradation. It is noted that the nature of corrosion i.e. uniform or pitting corrosion and its location have significant influence on the behaviour of corrosion damaged GLD beam-column sub-assemblages. The corroded specimens with localised corrosion pits showed in-cyclic strength degradation. The study also reveals that external strengthening which provides an alternate force path but depends on the strength of the existing reinforcement bars, is able to mitigate the seismic risk of corroded GLD beam-column sub-assemblages to the level of control uncorroded GLD specimen.
This experimental investigation was conducted to examine the behavior and response of high-strength material (HSM) reinforced concrete (RC) columns under combined high-axial and cyclic-increasing lateral loads. All the columns use high-strength concrete ($f_c{^{\prime}}$=100MPa) and high-yield strength steel ($f_y$=685MPa and $f_y$=785MPa) for both longitudinal and transverse reinforcements. A total of four full-scale HSM columns with amount of transverse reinforcement equal to 100% more than that required by earthquake resistant design provisions of ACI-318 were tested. The key differences among those four columns are the spacing and configuration of transverse reinforcements. Two different constant axial loads, i.e. 60% and 30% of column axial load capacity, were combined with cyclically-increasing lateral loads to impose reversed curvatures in the columns. Test results show that columns under 30% of axial load capacity behaved much more ductile and had higher lateral deformational capacity compared to columns under the 60% of axial load capacity. The columns using closer transverse reinforcement spacing have slightly higher ductility than columns with larger spacing.
The objective of this research is to investigate the effectiveness of rotating orthotropic axes model in analyzing reinforced concrete planar members under cyclic as well as monotonic loading. The structural members to be addressed are moderately reinforced beams, columns, beam-column joints, and shear walls, whose failure occurs due to compressive crushing after extensive crack propagation, The rotating orthotropic axes model which is usually used for monotonic loading is developed for cyclic loading. With the existing cyclic material models of reinforcing steel and bond-slip, this material model is used for the finite element analysis. For monotonic loading, the analytical results of the rotating orthotropic axes model are compared with reinforced concrete beams which have brittle failure. For Shear wall members under cyclic loading, the analyses are compared with the experiments for the ultimate load capacity, nonlinear deformation, and pinching effect due to crack opening and closing.
Kim, Sungwon;Hong, Hyemin;Han, Taek Hee;Seo, Seung Nam
Journal of Coastal Disaster Prevention
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v.4
no.3
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pp.111-118
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2017
In this study, pull box members were designed by finite element analysis of a steel plate covering a pull box to secure its safety on the landing pier dedicated to the large research survey ship. It was assumed that the maximum load is due to the 250 tonf class crane used for unloading work when the working environment in the upper part of the landing pier was considered. The safety of the pull box was evaluated by the comparison between the yield strength of the steel plate and the result of stress analysis on the steel plate due to the crane load. It was found that the stress at the plate from the crane load exceeded the yield strength of the steel(205MPa) when the upper part of the pull box was protected by a $1950{\times}1950mm$ steel plate cover. In order to compensate for this, a concrete filled steel tube(CFT) column with a diameter of 150 mm and a steel thickness of 10 mm was reinforced at the center of the plate, and the finite element analysis was carried out. However, the maximum stress at the steel plate was higher than the yield strength of the steel in some load cases so that it was tried to find appropriate thickness of the steel plate and diameter of the CFT columns. Finally, the analysis results showed that the safety of the pull box was secured when the thickness of the steel plate and the diameter of the CFT column were increased to 30mm and 180mm, respectively.
To prevent the explosive spalling of the high strength concrete and control the rise of temperature in the steel rebar during fire, a fiber cocktail method has been proposed simultaneously with the use of polypropylene and steel fiber. After applying the fiber cocktail (polypropylene and steel fibers) into the mixture of high strength concrete with a compressive strength of between 40 and 100 MPa and evaluating the thermal properties at elevated temperatures, the fire test was carried out on structural members in order to evaluate the fire resistance performance. Two column specimens were exposed to the fire without loading for 180 minutes based on the standard curve of ISO-834. No explosive spalling has been observed and the original color of specimen surface was changed to light pinkish grey. The inner temperature of concrete dropped rapidly starting from 60mm deep. After 60 minutes of exposure to the fire, the temperature gradient of fiber cocktail reinforced high strength concrete was measured as 2.2oC/mm, which is approximately 5 times less than that of normal concrete. The final temperatures of steel rebar after 180 minutes of fire test resulted in 488.0oC for corner rebar, 350.9oC for center rebar, and 419.5oC for total mean of steel rebar. The difference of mean temperature between corner and center rebar was 137.1oC The tendency of temperature rise in concrete and steel rebar changed between 100oC and 150oC The cause of decrease in temperature rise was due to the water vaporization in concrete, the lower temperature gradient of the concrete with steel and polypropylene fiber cocktails, the moisture movement toward steel rebars and the moisture clogging.
Kim Sang-Woo;Chai Hyee-Dae;Lee Jung-Yoon;Lee Bum-Sik
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.17
no.3
s.87
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pp.435-444
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2005
This paper predicted the shear behavior of reinforced concrete columns using Transformation Angle Truss Model (TATM) considered the effects of bending moment and axial force. Nine columns with various shear span- to-depth ratios and axial force ratios were tested to verify the theoretical results obtained from TATM. Fine linear displacement transducers (LVDT) were attached to a side of the column near the shear critical region to measure the curvature, the longitudinal and transverse axial deformations, and the shear deformation of the column. The test was terminated when the value of the applied load dropped to about $85\%$ of the maximum-recorded load in the post-peak descending branch. All the columns were failed in shear before yielding of the flexural steel. The shear strength and the stiffness of the columns increased, as the axial force increased and the shear span-to-depth ratio decreased. Shear stress-shear strain and shear stress-strain of shear reinforcement curves obtained from TATM were agreed well with the test results in comparison to other truss models (MCFT, RA-STM, and FA-STM).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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