Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.23
no.6
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pp.26-37
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2019
This paper aims to investigate the seismic characteristics of strip-type damping devices possessing optimized shapes for the moment-resisting mechanism throughout analytical and experimental studies. Predicting equations for initial stiffness and yielding strength were introduced and compared with analytical results obtained from finite element analyses (FEAs) using commercial FEA program ABAQUS. In order for establishing predicting equations, two idealized processes were considered and both predicting equations showed that they could provide enough approximations for seismic applications in building structures. Throughout experimental studies, it was noted that structural uncertainties on mild steels, connection details and structural types linking damping devices with building structures could interrupt predicting structural behavior of the devices. Also, it was observed that shear stress concentrations should be considered if shear yielding type devices are applied into building structures. Nevertheless, it was shown that structural conservatism can be established using the predicting equations and seismic applications of the damping devices can enhance the seismic performance of building structures efficiently in the viewpoint that they have high resistance to low-cycle fatigue failures.
This study evaluated the effectiveness of V-shaped ties as an alternative to the supplementary crossties specified in ACI 318-14 on the flexural ductility of reinforced concrete columns. From column specimens tested under constant axial loads and reversed cyclic lateral loads, the mode of failure and lateral load-lateral displacement relationship were measured according to the variation of the applied axial load levels. After the columns reached the peak lateral load capacity, the $90^{\circ}$ hooks of the crossties gradually opened, which eventually caused premature buckling of the longitudinal reinforcement and severe crushing of the core concrete, whereas no V-ties were extracted from the core concrete until the column failure. As a result, the cumulative work damage indicators up to 80% of the peak lateral load for V-tie columns under the axial load level of 0.2, 0.4, and 0.55 was as much as 2.4, 2.3, and 5.2 times higher, respectively, than those of the companion crosstie columns. The superiority of the V-ties to the conventional crossties in enhancing the flexural ductility of columns became more prominent as the axial load level increases.
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.
Precast reinforced concrete bridge columns with hollow rectangular section were tested under cyclic lateral load with constant axial force to investigate its seismic performance. After all the precast column segments were erected, longitudinal reinforcement was inserted in the sheath prefabricated in the segments, which were then mortar grouted. Main variables of the test series were column aspect ratio, longitudinal reinforcement ratio, amount of lateral reinforcement, and location of segment joints. The aspect ratios were 4.5 and 2.5, and the longitudinal steel ratios were 1.15% and 3.07%. The amount of lateral reinforcement were 95%, 55%, 50%, and 27% of the minimum amount for full ductility design requirements in the Korean Bridge Design Code. The locations of segment joints in plastic hinge region were 0.5 and 1.0 times of the section depth from the bottom column end. The test results of cracking and failure mode, axial-flexural strength, lateral load-displacement relationship, and displacement ductility are presented. Then, safety of the ductility demand based seismic design in the Korean Bridge Design Code is discussed. The column specimens showed larger ductility than expected, because buckling of longitudinal reinforcing bar was prevented due to confinement developed not only by transverse steel but also by sheath and infilling mortar.
The repeated loading responses of four shear-critical reinforced concrete beams with two different shear span-to-depth ratios, were studied. One series of beams was reinforced using pairs of bundled stirrups with $90^{\circ}$ standard hooks, haying free end extensions of $6d_b$. The companion beams contained shear reinforcement made with larger diameter headed bars anchored with 50mm diameter circular heads. A single headed bar had the same area as a pair of bundled stirrups and hence the two series were comparable. The test results indicate that beams containing headed bar stirrups have a superior performance to companion beams containing bundled standard stirrups with improved ductility, larger energy absorption and enhanced post-peak load carrying capability. Due to splitting of the concrete cover and local crushing, the hooks of the standard stirrups opened resulting in loss of anchorage. In contrast, the headed bar stirrups did not lose their anchorage and hence were able to develop strain hardening and also served to delay buckling of the flexural compression steel. Excellent load-deflection predictions were obtained by reducing the tension stiffening to account for repeated load effects.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.7
no.1
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pp.93-101
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1987
Residual stresses have remained around welding areas of a steel structure member after welding operation. The major causes to occur these residual stresses are the local heat due to a welding, the heat stresses due to a irregular and rapid cooling condition, the material and rigidity of a steel structure. Ultimatly, these residual stresses have been known to decrease a brittle fracture strength, a fatigue strength, a buckling strength, dynamic properties, and the corrosion resistance of the material. This paper deals with the residual stresses on a steel structure member through experimental studies. SWS 58 plates were welded by the method of X-groove type. These plates were layed on the heat treatment at four different temperatures; $350^{\circ}C$, $500^{\circ}C$, $650^{\circ}C$ and $800^{\circ}C$. The resulting residual Stresses were measured by hole drilling method, and the followings were obtained. The residual stresses on the vicinity of a welding point were relieved most effectively at the temperature of $650^{\circ}C$, and these stresses relieved completly when the ratio of a hole diamerter to a hole depth became unity. Hardness test shows that the higher value of hardness at the heat affected zone dropped to belower as the temperature went up from $350^{\circ}C$ to $800^{\circ}C$. The Welding input heats have not influenced the magnitude of residual stresses at the input heat range between above and below one forth than standard.
An experimental research was performed using fibers for the purpose of retrofitting existing reinforced concrete circular columns. Glass fiber (GF) and polyethylene terephthalate (PET) were used as well as combined GF+PET (HF). PET has high tensile strength (over 600 MPa) and high ductility (about 15%), but has very low elastic modulus (about 1/6 of GF). A total of four columns was tested against laterally applied reverse cyclic load: control column, GF-, PET-, and HF-strengthened columns. All columns retrofitted using fibers demonstrated improved moment capacity and ductility. Moment capacity of GF-, PET-, and HF-strengthened columns was 120%, 107%, and 120% of the control column, respectively. Drift ratio of all retrofitted columns also increased by 63 ~ 83% over the control column. The final failure mode of the control column was main bar buckling. The final failure mode of the GF- and HF-strengthened columns was GF rupture while that of the PET-strengthened column was main bar rupture in tension. No damage was observed for PET at the ultimate stage due to excellent strain capacity intrinsic to PET. Current test results indicate that PET can be effectively used for seismic retrofit of RC columns. It is noted that the durability characteristics of PET needs to be investigated in the future.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.17
no.3
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pp.319-332
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2004
Due to their high strength to weight ratios and excellent durability, fiber reinforced polymer(FRP) is widely used in construction industries. In this paper, a shape optimum design of FRP bridge decks haying pultruded cellular cross-section is presented. In the problem formulation, an objective function is selected to minimize the volumes. The cross-sectional dimensions and material properties of the deck of FRP bridges are used as the design variables. On the other hand, deflection limits in the design code, material failure criteria, buckling load, minimum height, and stress are selected as the design constraints to enhance the structural performance of FRP decks. In order to efficiently treat the optimization process, the cross-sectional shape of bridge decks is assumed to be a tube shape. The optimization process utilizes an improved Genetic Algorithms incorporating indexing technique. For the structural analysis using a three-dimensional finite element, a commercial package(ABAQUS) is used. Using a computer program coded for this study, an example problem is solved and the results are presented with sensitivity analysis. The bridge consists of a deck width of 12.14m and is supported by five 40m long steel girders spaced at 2.5m. The bridge is designed to carry a standard DB-24 truck loading according to the Standard Specifications for Highway Bridges in Korea. Based on the optimum design, viable cross-sectional dimensions for FRP decks, suitable for pultrusion process are proposed.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.16
no.5
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pp.1-10
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2012
This paper presents an experimental result and suggests the confinement effect of headed cross tie in reinforced concrete(RC) columns subjected to cycling horizontal loads under constant axial load. Five RC columns specimens were manufactured, taking confined type of transverse reinforcement, whether or not using cross tie, end detail of cross tie (hooked or headed), and axial stress in column as major variables, Cyclic horizontal load applied to the columns under constant axial stress and the effect of cross tie to structural capacity of column was evaluated from the test. The column without cross tie failed showing bending deformation of hoop with crack in core concrete at low horizontal load while the column with cross tie showed quite improved strength and ductility by suppressing bending deformation of hoop as well as buckling of longitudinal bar at once even after crack in core concrete. At high lateral displacement, the column with hooked cross tie showed the failure pattern loosing the confining force of cross tie since the $90^{\circ}$ hooked part of cross tie was stretched out and the cracked core concrete lumps were came off. However, the column with headed cross tie showed very stable behavior since the head of cross tie effectively confined the hoop and longitudinal bars even at high lateral displacement.
This experimental investigation was conducted to examine the seismic performance of reinforced concrete bridge columns. The columns were subjected to a constant axial load and a cyclic horizontal load-inducing reversed bending moment. The variables studied in this research were the volumetric ratios of transverse reinforcement (ps=0.96, 1.44 percent) and axial load ratios (P/Po=0.05, 0.1, 0.2) and concrete strengths (35, 60MPa). Test results showed that bridge columns with $44\%$ higher amounts of transverse reinforcement than that required by seismic provisions of ACI 318-02 showed ductile behavior. For bridge columns with axial load ratio(P/Po) less than 0.2, the ratio of $M_{max}\;over\;M_{ACI}$, nominal moment capacity predicted by ACI 318-02 provisions, was consistently greater than 1 with approximately a $20\%$ margin of safety.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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