Experimental study was carried out to investigate the structural performance of composite beams with steel fiber concrete and angle. For this purpose, seven specimens composed of two RC beams with or without steel fiber and five composite beams with steel fiber and angle were constructed and tested. All specimens had no web shear reinforcement. Main variables for the specimens were tensile reinforcement ratio and fiber volume fraction. Based on the test results, structural performance such as strength, stiffness, ductility and energy dissipation capacity was evaluated and compared with the predicted strength. The prediction of flexure and shear strength gives a good relationship with the observed strength. The strength, ductility and energy dissipation capacity are increased, as the fiber volume fraction is increased. Meanwhile, high tensile reinforcement ratio resulted in the reduction of ductility and energy dissipation capacity for the composite beams.
Roh, Ji Eun;Kim, Joong Ho;Hur, Moo-Won;Park, Tae Won;Lee, Sang Hyun
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.22
no.2
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pp.55-62
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2018
In this study, natural period formular is presented for a RC shear wall structure with H-, T-, and L-shaped wall sections. The natural period formular proposed by Goel and Chopra and adopted in ASCE 7-10 was modified by using the ratio of the flange and web wall area. The natural periods of structures with H-shaped wall were numerically obtained, the results indicated that the ASCE 7-10 could not consider the natural period variation according to the length of the flange wall, but the proposed formula could do. Especially, ASCE 7-10 estimated much longer periods than eigenvalue analysis, and this implies that conservative seismic design is difficult. The periods by eigenvalue analysis exist between the upper and lower bounds given by the proposed formula, and conservative design is possible by using the proposed lower bound value. In order to verity the effectiveness of the proposed method, actual residential buildings with various types of flange walls are considered. Ambient vibration tests, eigenvalue analyses, and nonlinear dynamic analyses were conducted and the periods were compared with the values by ASCE 7-10 and the proposed formula. The results showed that the proposed formula could estimate more accurately the periods than ASCE 7-10.
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.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.17
no.1
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pp.133-142
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2013
The shear wall system with coupling beams has been known as an effective means for moderate and high rise buildings up to 40 stories, because this structural system can provide the enhanced lateral stiffness compared to individual shear walls. Typical reinforced concrete coupling beams have difficulties in construction due to complicated reinforcing work on site, and steel coupling beams also have disadvantages in economical point of view because of a large number of stiffeners required for its stability under lateral loading. To overcome these disadvantages in existing coupling beam systems, this study developed the prestressed composite coupling beam with discontinuous webs, which have improved constructability, economic feasibility, and reduced sectional size. The reversed cyclic loading test on two prestressed composite coupling beams with discontinuous webs having different shear reinforcement ratios have been conducted to investigate their structural performances, and test results showed that the proposed composite coupling beams had good seismic performances.
Heo, Byung Wook;Kwak, Myong Keun;Bae, Kyu Woong;Jeong, Sang Min
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.19
no.3
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pp.247-258
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2007
This paper describes the results of an experimental study on the new type of encased composite beams that use deep deck plates, which could reduce the story height of buildings by controlling the bottom flange of steel beams. The profiled steel beam was thus developed. It was advantageous to the long span of the buildings. Seven full-scale specimens were constructed, and simply supported bending tests were conducted on the encased composite beams with different steel plate thicknesses, with and without shear studs, reinforcing bars, and web openings. The test results showed that the encased composite beams that were developed in this study had sufficient composite action without additional shear connectors due to their inherent shear-bond effects between the steel beams and concrete.
The interfacial bond strength of partially encased composite (PEC) structure tends to 0, therefore, the cast-in-place concrete theoretically cannot embody better composite effect than the fabricated structure. A total of 12 specimens were designed and experimented to investigate the energy dissipation and damage of fabricated PEC beam through unidirectional cyclic loading test. Because the concrete on both sides of the web was relatively independent, some specimens showed obvious asymmetric concrete damage, which led to specimens bearing torsion effect at the later stage of loading. Based on the concept of the ideal elastoplastic model of uniaxial tensile steel and the principle of equivalent energy dissipation, the energy dissipation ductility coefficient is proposed, which can simultaneously reflect the deformability and bearing capacity. In view of the whole deformation of the beam, the calculation formula of energy dissipation is put forward, and the energy dissipation and its proportion of shear-bending region and pure bending region are calculated respectively. The energy dissipation efficiency of the pure bending region is significantly higher than that of the shear-bending region. The setting of the screw arbors is conducive to improving the energy dissipation capacity of the specimens. Under the condition of setting the screw arbors and meeting the reasonable shear span ratio, reducing the concrete pouring thickness can lighten the deadweight of the component and improve the comprehensive benefit, and will not have an adverse impact on the energy dissipation capacity of the beam. A damage model is proposed to quantify the damage changes of PEC beams under cyclic load, which can accurately reflect the load damage and deformation damage.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.10
no.6
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pp.197-204
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2006
Recently, in order to realization of construction and economical saving, various studies are progressing. Also, the study on RCS system which is consisted of reinforced concrete column and steel beam is progressing actively. Actually, however, resisting mechanism of panel zone is influenced by transverse beams when the stress transfers inner panel to outer panel but existing literature didn't reflect the effect of transverse beams. This paper is to analyze the test result of five inner beam-column joints specimen with a variable such as web, flange thickness of transverse beam and face bearing plate(FBP) for RCS systems were tested under cyclic loadings conforming to NEHRP recommendation to investigate the effect of transverse beams and the structural performance of beam-column joints. From the test result, it was shown that transverse beams are effective to enhance the shear strength and structural performance of beam-column joints.
Flange and web local buckling in beam plastic hinge regions of steel moment frames can prevent beam-column connections from achieving adequate plastic rotations under earthquake-induced forces. Reducing the flange-web slenderness ratios (FSR/WSR) of beams is the most effective way in mitigating local member buckling as stipulated in the latest seismic design specifications. However, existing steel moment frame buildings with beams that lack the adequate slenderness ratios set forth for new buildings are vulnerable to local member buckling and thereby system-wise instability prior to reaching the required plastic rotation capacities specified for new buildings. This paper presents results from a research study investigating the cyclic behavior of steel I-beams modified by a welded haunch at the bottom flange and reinforced with glass fiber reinforced polymers at the plastic hinge region. Cantilever I-sections with a triangular haunch at the bottom flange and flange slenderness ratios higher then those stipulated in current design specifications were analyzed under reversed cyclic loading. Beam sections with different depth/width and flange/web slenderness ratios (FSR/WSR) were considered. The effect of GFRP thickness, width, and length on stabilizing plastic local buckling was investigated. The FEA results revealed that the contribution of GFRP strips to mitigation of local buckling increases with increasing depth/width ratio and decreasing FSR and WSR. Provided that the interfacial shear strength of the steel/GFRP bond surface is at least 15 MPa, GFRP reinforcement can enable deep beams with FSR of 8-9 and WSR below 55 to maintain plastic rotations in the order of 0.02 radians without experiencing any local buckling.
Shim, Hyun Ju;Lee, Seong Hui;Kim, Jin Ho;Lee, Eun Taik;Choi, Sung Mo
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.19
no.5
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pp.483-492
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2007
Pre-Engineering Building (PEB) system is one of the most economical structural systems. Tapered members can resist a maximum stress at a single location, whereas stresses of the rest of the members are considerably low. This results in appreciable savings both in terms of materials and construction costs. However, it was appreciated that special consideration would be required for certain aspects of this structural form. In particular, because of their slenderness, webs would buckle laterally and torsionally under the combined action of excessive axial, bending and shear forces. In this study, a total of four large-scale rafters with simple ends were tested. The main parameters were the width-thickness ratio of the web, the stiffener, and the flange brace. The purpose of this experiment is to evaluate the structural stability and to offer back-data on PEB design.
Kim, Seungjun;Jeon, Jin Su;Won, Deok Hee;Kang, Young Jong
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.32
no.6A
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pp.347-354
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2012
In this study, the equations of torsional and warping constants of a I-shaped plate girder with sine corrugated web are suggested. Because of geometric characteristics of the section, a I-shaped plate girder with corrugated web shows high out-of-plane stiffness, shear strength, and torsional stiffness. Torsional constant and warping constant definitely affect lateral-torsional buckling loads. Therefore, exact estimation of the sectional properties is quite important. But, it is difficult to estimate these properties by former methods. So, this study was focused on suggestion of the rational equations to calculate torsional and warping constants. In order to investigate the effects of geometric characteristics of sine-corrugated webs on torsional stiffness and warping torsional constant, finite element analyses for pure torsional behavior and warping torsional behavior of I-shaped plate girders were performed. By regression analyses of the analytical results, rational equations of the torsional constant and warping constant were suggested. Suggested equations for the properties were validated based on the analytical results of lateral-torsional buckling of simply supported I-shaped plate girder. By suggested equations, torsional and warping constants of I-shaped plate girders with a sine-corrugated web can be rationally estimated and more exact lateral-torsional buckling load can be simply calculated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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