An experimental study was performed to investigate the earthquake resistance of the beam-column connections as a part of a precast concrete moment-resisting frame that uses precast concrete U-shaped shells for the beams. Five full-scale precast concrete specimens and one conventional monolithic concrete specimen were tested under cyclic loading. The parameters for this test were the reinforcement ratio, stirrup spacing, and end-strengthening details of the precast beam shell. The test results showed that regardless of the test parameters, the precast concrete beam-column connections showed good load-carrying capacity and deformation capacity, which were comparable to those of conventional monolithic concrete specimen. However, at large deformations, the beam-column connections of the precast concrete specimens were subjected to severe strength degradation due to diagonal shear cracks and the bond-slip of re-bars at the joint region. For this reason, the energy dissipation capacity and stiffness of the precast concrete specimens were significantly less than those of the cast-in-place specimen.
Al-Osta, Mohammed A.;Khan, Muhammad I.;Bahraq, Ashraf A.;Xu, Shi-Yu
Earthquakes and Structures
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v.19
no.5
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pp.361-377
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2020
In the present research work, the effectiveness and the efficiency of a retrofitting approach using a layer of ultra-high performance fiber reinforced concrete (UHPFRC) jacket for damaged substandard exterior beam-column joints (BCJs) is experimentally investigated. The main objective of this study is to rehabilitate the already damaged BCJs to meet the serviceability requirements without compromising safety. According to the proposed strengthening technique, a chipped surface, lightly brushed with a dry condition was selected for making a successful bond between normal concrete substrate surface (NCSS) and UHPFRC. Then a fresh UHPFRC jacket with a thickness of 30 mm was cast around the damaged specimens. The entire test matrix was comprised of three 1/3 scale damaged exterior BCJs with a different column axial load (CAL). These specimens were repaired with UHPFRC and retested under monotonic loading. Based on the experimental results, repaired specimens showed an excellent performance in terms of their load-displacement response, maximum strength, displacement ductility, initial stiffness, secant stiffness and energy dissipation capacity when compared with the corresponding values registered when these specimens were tested in their virgin state. This rehabilitative intervention not only restored the strength, stiffness, ductility and energy dissipation capacity of severely damaged specimens but also improved their performance.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.16
no.2
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pp.61-68
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2016
Behavior of RC(Reinforced-concrete) beam-column connections has been subjected to the earthquake loading has been determined by shear and attachment mechanism. However, since the shear and attachment are very fragile for cycle loadings. Through occurring plastic hinges at the beam, the column and the connection should remain elastic condition and the beam should dissipate the energy from the earthquake. This study was investigate on the seismic performance of 6 RC beam - column connections built with the high strength reinforcements (700MPa) based on design and detailing requirements in the ACI 318-05 Provision and KCI-07 appendix II. This is aimed to evaluate the effect of the high-strength reinforcements as used the beam-column connection members. The main comparisons were the seismic performance of the connections affect the seismic performance in terms of strength, stiffness and ductility, joint shear stress-strain. A total of 6 beam-column specimens were built with a 1/2 scale and subjected to the cyclic loadings. Main design considerations were the area of the longitudinal reinforcements of the beam and details of the beam-column joint designed based on the seismic code. Cyclic test results are given and recommendations for the usage of high strength reinforcements for the seismic design is provided.
Recently, studies on semi-rigid beam-to-column connections have been done to develop a T-stub element with separators between column face and T-stub flange. In this paper, inelastic analyses for the improved T-stub element are performed, and their results are compared with existing experimental results. The inelastic analyses using gap elements between column face and the separator, and initial stresses at the high-tension bolts result in good agreement with experimental results. Simplified design methods estimating the initial stiffness and the strength of the semi-rigid connection for compression force are proposed.
Kim, Young Ju;Bae, Jae Hoon;Ahn, Tae Sang;Jang, Seong Hoon
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.26
no.5
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pp.441-452
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2014
In this paper, steel reinforced concrete(SRC) column and composite beam connections were statically tested under gravity loading. The composite beam consists of H-section and U-section members. Five full-scaled specimens were designed to investigate the effect of a number of parameters on behavior of connections such as H-section size, the presence of stud connector, the presence of stiffeners and top bars. In addition, structural performance of welded joint between the H-section and the U-section members is mainly discussed, with an emphasis on initial stiffness, strength, deformation capacity.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.15
no.4
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pp.639-647
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2002
A simplified analytical procedure is presented to estimate the reduction of elastic lateral stiffness of steel moment frames arising from the radius-cut dogbone weakening. With the original radius-cut dogbone shape, it is almost impossible or too complicated to integrate analytically the mathematical expressions encountered when applying the conjugate beam method to compute the beam deflection component. In this study, the problem is circumvented by replacing the original radius-cut dogbone with an equivalent dogbone of constant width. The equivalence between the two is established by imposing an equal dogbone elongation criterion. This approach is justified by using a calibrated finite clement analysis. Then, the elastic lateral deflection components from the column, panel zone, and beam are derived for a typical beam-column subassembly. The derived results can be used to evaluate the reduction of the frame lateral stiffness. Case studies conducted within some practical ranges of frame configurations show that the reduction in frame lateral stiffness due to the presence of dogbone cut is on the order of 1 to 2 percent and is reasonably negligible in practical sense.
During an earthquake, steel frame columns can be subjected to high axial forces combined with inelastic rotation demand resulting from story drift. Generally, the whole beam or component can be represented with one element. In elasto-plastic analysis, subdivision is necessary if the plastic deformation occurs within two ends of beams. If effects of the joint panel are necessarily considered in the analysis, the joint panel should be represented with an independent element. It is a special element to represent the shear deformation of the joint panel in the beam-column connection zone. Several analytical models for panel zone (PZ) behavior exist, in terms of shear force-shear distortion relationships. Among these models, the Krawinkler PZ model is the most popular one which is used in the AISC code. Some studies have pointed out that Krawinkler's model gives good results for the range of thin to medium column flanges thickness. This paper, introduces a new model to estimate the response of shear force-shear distortion for the PZ including column axial force. The model is applicable to both thin and thick column flange. To achieve an appropriate PZ mathematical model first, the effects of PZ strength and stiffness on connection response are parametrically studied using finite element models. More than one thousand and four-hundred beam-column connections are included in the parametric study, with varied parameters; then based on analytical results a simple mathematical model is presented. A comparison between the results of proposed method herein with FE analyses shows the average error especially in thick column flange is significantly reduced which demonstrates the accuracy, efficiency, and simplicity of the proposed model.
Choi, Sung Mo;Park, Su Hee;Park, Young Wook;Kim, Jin Ho
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.17
no.3
s.76
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pp.325-335
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2005
This study tackles the development of an improved detail of partially restrained CFT square column-to-beam connection and the evaluation of its mechanical behavior under monotonic loading. The connection is designed to strengthen shearing capacity at the bottom of the connection due to the ultimate behavior of PR-CC by its detail of the bottom connection and simplify the fabrication process. The suggested connection is the welded bottom beam flange connection(M-2) and is compared with the existing PR-CC of bolted seat angle connection(M-1). Two specimens were fabricated in actual size and tested under monotonic loading. Based on the test results, the welded bottom beam flange connection exhibited about 85% of the stiffness of steel beam. It was similar to the bolted seat angle connection and behaved as PR-CC. The specimen of the supposed connection type failed at the shear connection of web but was similar to the bolted seat angle connection until the failure. It obtained sufficient stiffness and capacity through the reinforcingsteel and the capacity and deformational ability equivalent to the full-plastic moment through the anchor inside the steel tube at the web connection. So, it can be said that the suggested connection exhibits sufficient ductile behavior.
A number of desirable characteristics concerning excellent durability, aesthetics, recyclability, high ductility and fire resistance have made stainless steel a preferred option in engineering practice. However, the relatively high initial cost has greatly restricted the application of stainless steel as a major structural material in general construction. This drawback can be partially overcome by introducing composite stainless steel-concrete structures, which provides a cost-efficient and sustainable solution for future stainless steel construction. This paper presents a preliminary numerical study on stainless steel-concrete composite beam-to-column joints with bolted flush endplates. In order to ensure a consistent corrosion resistance within the whole structural system, all structural steel components were designed with austenitic stainless steel, including beams, columns, endplates, bolts, reinforcing bars and shear connectors. A finite element model was developed using ABAQUS software for composite beam-to-column joints under monotonic and symmetric hogging moments, while validation was performed based on independent test results. A parametric study was subsequently conducted to investigate the effects of several critical factors on the behaviour of composite stainless steel joints. Finally, comparisons were made between the numerical results and the predictions by current design codes regarding the plastic moment capacity and the rotational stiffness of the joints. It was concluded that the present codes of practice generally overestimate the rotational stiffness and underestimate the plastic moment resistance of stainless steel-concrete composite joints.
Non-moment beam-to-column connections, which are usually referred to as simple or shear connections, are typically designed to carry only gravity loads in the form of vertical shears. Although in the analysis of structures these connections are usually assumed to be pinned, they may provide a small amount of rotational stiffness due to the typical connection details. This paper investigates the effects of this small rotational restraint of simple beam-to-column connections on the behavior and seismic response of steel braced non-moment resisting frames. Two types of commonly used simple connections with bolted angles, i.e., the Double Web angle Connection (DWC) and Unstiffened Seat angle Connection (USC) are considered for this purpose. In addition to the pinned condition - as a simplified representation of these connections - more accurate semi-rigid models are established and then applied to some frame models subjected to nonlinear pushover and nonlinear time history analyses. Although the use of bracing elements generally reduces the sensitivity of the global structural response to the behavior of connections, the obtained results indicate considerable effects on the local responses. Namely, our results show that consideration of the real behavior of connections is essential in designing the column elements where the pin-connection assumption significantly underestimates design of outer columns of upper stories.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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