This paper presents a curvature method for analysis of beam-columns with different materials and arbitrary cross-section shapes and subjected to combined biaxial moments and axial load. Both material and geometric nonlinearities (the p-delta effect in this case) were incorporated. The proposed method considers biaxial curvatures and uniform normal strains of discrete cross-sections of beam-columns as basic unknowns, and seeks for a solution of the column deflection curve that satisfies force equilibrium conditions. A piecewise representation of the beam-column deflection curve is constructed based on the curvatures and angles of rotation of the segmented cross-sections. The resulting bending moments were evaluated based on the deformed column shape and the axial load. The moment curvature relationship and the beam-column deflection calculation are presented in matrix form and the Newton-Raphson method is employed to ensure fast and stable convergence. Comparison with results of analytic solutions and eccentric compression tests of wood beam-columns implies that this method is reliable and effective for beam-columns subjected to eccentric compression load, lateral bracings and complex boundary conditions.
The widespread damage to steel Moment Resisting Frames (MRFs) in past major earthquakes have underscored the need to understand the nonlinear inelastic behaviour of such systems. To assess the seismic performance of steel MRF, it is essential to model the nonlinear force-deformation behaviour of beam to column joints. To determine the extent of inelasticity in a beam to column joint, nonlinear finite element analysis is generally carried out, which is computationally involved and demanding. In order to obviate the need of such elaborate analyses, a simplistic method to predict the force-deformation behaviour is required. In this study, a simple, mechanics driven, hand calculation method is proposed to obtain the forcedeformation behaviour of strong axis beam to column moment joints. The force-deformation behaviour for twenty-five interior and exterior beam to column joints, having column to beam strength ratios ranging from 1.2 to 10.99 and 2.4 to 22, respectively, have been obtained. The force-deformation behaviour predicted using the proposed method is compared with the results of finite element analyses. The results show that the proposed method predicts the force-deformation behaviour fairly accurately, with much lesser computational effort. Further the proposed method has been used to conduct Nonlinear Dynamic Time History Analyses of two benchmark frames; close correspondence of results obtained with published results establishes the usefulness and computational accuracy of the method.
Li, Bo;Lam, Eddie Siu-Shu;Cheng, Yuk-Kit;Wu, Bo;Wang, Ya-Yong
Earthquakes and Structures
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v.8
no.5
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pp.1017-1038
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2015
This paper presents a strengthening method that involves the use of ferrocement jackets and chamfers to relocate plastic hinge for non-seismically designed reinforced concrete exterior beam-column joints. An experimental study was conducted to assess the effectiveness of the proposed strengthening method. Four half-scale beam-column joints, including one control specimen and three strengthened specimens, were prepared and tested under quasi-static cyclic loading. Strengthening schemes include ferrocement jackets with or without skeleton reinforcements and one or two chamfers. Experimental results have indicated that the proposed strengthening method is effective to move plastic hinge from the joint to the beam and enhance seismic performance of beam-column joints. Shear stress and distortion within the joint region are also reduced significantly in strengthened specimens. Skeleton reinforcements in ferrocement provide limited improvement, except on crack control. Specimen strengthened by ferrocement jackets with one chamfer exhibits slight decrease in peak strength and energy dissipation but with increase in ductility as compared with that of two chamfers. Finally, a method for estimating moment capacity at beam-column interface for strengthened specimen is developed. The proposed method gives reasonable prediction and can ensure formation of plastic hinge at predetermined location in the beam.
To better promote the development of fabricated buildings, this paper studies the seismic behavior of precast concrete beam-column bolted joint under vertical low cyclic loading. The experimental results show that cracks appear in the beam-column joint core area. Meanwhile, the concrete and the grade 5.6 bolts are damaged and deformed, respectively. Specifically, the overall structure of the beam-column joint remains intact, and the bolts have good energy dissipation capacity. Based on the experimental study, a new method of beam-column bolted connection is proposed in simulation analysis. The simulation results show that the bolts deform in the core area of the new beam-column joint, which enhances the concrete shear capacity legitimately and protects the T-end of the beam against shear failure. To summarize, both the experimental joint and the simulated joint prolong the service life by replacing the bolts under the seismic loading. The research results provide a reference for applications of the fabricated beam-column joint.
This paper is to analyze the stability of Timoshenko beam-column on Pasternak foundation, with the extensional and the rotational spring at center point of span by Finite Element Method. To verify this Finite Element Method, the results by the proposed method are compared with the existing solutionsof Timoshenko beam-column without the extensional and the rotational spring and the shear foundation. The dynamic stability regions are decided by the dynamic stability analysis of Timoshenko beam-column on Pasternak foundation with the extensional and the rotation spring at center point of span.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2003.11a
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pp.181-185
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2003
The composite structural system with reinforced concrete column and steel beam has some advantages in the structural efficiency by complementing the shortcomings between the two systems. The system, however, has also a lot of problems in earthquake-proof capacity and construction process because it is wet method of construction. So, this paper proposed PCS(Precast Concrete Column and Steel Beam) structural system with dry method of construction. Purpose of this study is to enhance merit and control failure mechanism by installing Dog-Bone on H-beam.
Park, Jae-Guen;Lee, Byeong-Ju;Kim, Moon-Young;Shin, Hyun-Mock
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2007.04a
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pp.283-288
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2007
This paper presents an analytical prediction of Nonlinear characteristics of prestressed concrete bridges by strengthened of externally tendon considering the work sequence, using beam-column element based on flexibility method and tendon element. The beam-column element was developed with reinforced concrete material nonlinearities which are based on the smeared crack concept. The fiber hysteresis rule of beam-column element is derived from the uniaxial constitutive relations of concrete and reinforcing steel fibers. The tendon element represent the bonded tendon and unbonded tendon behaviors. Beam-column element and tendon element was be subroutine A computer program, named RCAHEST (Reinforced Concrete Analysis in Higher Evaluation System Technology), for the analysis of RC and PSC structures was used. The proposed numerical method for prestressed concrete structures by strengthened of externally tendon is verified by comparison with reliable experimental results.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2004.04a
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pp.243-250
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2004
This paper reports on the evaluation of the initial stiffness of steel joints using component method as well as experimental tests. The so-called component method corresponds precisely to a simplified mechanical model composed of extensional springs and rigid links, whereby the joint is simulated by an appropriate choice of rigid and flexible components. An application to a cantilever beam-to-column steel joint is presented and compared to the experimental results obtained under cyclic loading condition. Comparison between numerical and experimental results allows to conclude that the numerical model is able to simulate, with a good level of accuracy for initial stiffness, the behaviour of beam-to-column joints.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.10
no.5
s.51
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pp.25-33
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2006
This paper provides a method to predict the ductile capacity of reinforced concrete beam-column joints that fail in shear after the plastic hinges occur at both ends of the adjacent beams. After the plastic hinges occur at both ends of the beams, the longitudinal axial strain at the center of the beam section in the plastic hinge region abruptly increases because the neutral axis continues to move upward toward the extreme compressive fiber and the residual strain of the longitudinal bars continues to increase with each cycle of inelastic loading. An increase in the axial strain of the beam section after flexural yielding widens the cracks in the beam-column joints, thus leading to an decrease of the shear strength of the beam-column joints. The proposed method takes into account shear strength deterioration in the beam-column joints. In order to verify the shear strength and the corresponding ductility of the proposed method, test results of 52 RC beam-column assembles were compared. Comparisons between the observed and calculated shear strengths and their corresponding ductilities of the tested assembles, showed reasonable agreement.
Lee, Dong-Joo;Lee, Ju-Dong;Oh, Tae-Soo;Kang, Thomas H.K.
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.26
no.2
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pp.125-133
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2014
In this study, experimental research was carried out to investigate the seismic and structural performance of precast concrete exterior beam-column joints using bolt type connection and prestressing method. A total of five full-scale exterior beam-column joints were constructed and tested under reversed cyclic loading, controlled by displacement. Results of the test are as follows: Energy dissipation capacity and pinching phenomenon of PC beam-column joints showed disadvantageous behavior compared to RC beam-column joints. However, drift capacity of the PC joint was excellent. Also, yield mechanism concentrated on embedded nuts was suitable as an exterior beam-column joint of lateral load resistance frame. Additional application of prestressing method was also very effective to control excessive pinching and cracking in the joint region, and thus improved an overall seismic performance of the PC joint.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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