This study that is a successive secondary study right after the primary bending strength test of a new form of U-shape hybrid composite beam is a cyclic seismic test of U-shape hybrid composite beam and column conncetion. Three specimens are built for the variables which are kinds of columns, depth of beam, continuity or discontinuity of upper plate of beam, and a number of steel bars of end-beam. Kinds of columns are a reinforcement concrete column and a ACT column of CFT shape, and beam depth are 300, and 500 mm. Detail of connection is bolt connection with using a short bracket that is commonly use. As the result, deformability of 2~4% is ensured the floor displacement angle. If it is the negative moment, the maximum moment shows that its capacity is above the nominal moment.
This study suggested an integrated classification method for generalized characteristics of PC beam-column connection according to connection details. Quantifying the failure mode of PC-beam column connection and characteristics of corresponding details, this study suggested to use deformation contribution of each element of beam-column assemblage. According to the expected failure mode of beam-column connection assemblage, PC beam-column connection can be classified into 'equivalent monolithic system' and 'jointed system'. In this study, four test specimens were tested for verification of detailed classification method of PC beam-column connections. Test was carried out with typical beam-column connection test method. Load was applied at the top of test specimen and end of beams were restrained by hinge. In order to verify the deformation contribution of each test specimen, 34-LVDTs were mounted on test specimen. According to test results, deformation contribution of each test specimen have different characteristics. Deformation characteristics of joint and other components which are quantified by test results, equivalent monolithic system can be classified into two categories. Strong connection have extremely small deformation contribution of joint and much larger deformation contribution was shown in flexural behavior of beam. The other type of beam-column connection is ductile connection which allows the larger deformation in joint area compared with strong connection.
When strong seismic forces act on reinforced concrete structures, their beam-column connections are very susceptible to damage during the earthquake event. The aim of this numerical work is to evaluate the influence of the internal steel reinforcement array on the nonlinear response of a RC beam-column connection when it is subjected to strong cyclic loading -as a seismic load. For this, two specimens (extracted from an experimental test of 12 RC beam-column connections reported in literature) were modeled in the Finite Element code FEAP considering different stirrup's arrays. In order to evaluate the nonlinear response of the RC beam-column connection, the 2D model takes into account the nonlinear thermodynamic behavior of each component: for concrete, a damage model is used; for steel reinforcement, it is adopted a classical plasticity model; in the case of the steel-concrete bonding, this one is considered perfect without degradation. At the end, we show a comparison between the experimental test's responses and the numerical results, which includes the distribution of shear stresses and damage inside the concrete core of the beam-column connection; in the other hand, the effects on the connection of a low and high state of confinement are analyzed for all cases.
Due to functional requirements, SRC column-RC beam abnormal joints with characteristics of strong beam weak column, variable column section, unequal beam height and staggered height exist in the Steel reinforced concrete (SRC) frame-bent main building structure of thermal power plant (TPP). This paper presents the experimental results of these abnormal joints through cyclic loading tests on five specimens with scaling factor of 1/5. The staggered height and whether adding H-shaped steel in beam or not were changing parameters of specimens. The failure patterns, bearing capacity, energy dissipation and ductile performance were analyzed. In addition, the stress mechanism of the abnormal joint was discussed based on the diagonal strut model. The research results showed that the abnormal exterior joints occurred shear failure and column end hinge flexural failure; reducing beam height through adding H-shaped steel in the beam of abnormal exterior joint could improve the crack resistance and ductility; the abnormal interior joints with different staggered heights occurred column ends flexural failure; the joint with larger staggered height had the higher bearing capacity and stiffness, but lower ductility. The concrete compression strut mechanism is still applicable to the abnormal joints in TPP, but it is affected by the abnormal characteristics.
Wei Zhang;Seonhoon Kim;Deuckhang Lee;Dichuan Zhang;Jong Kim
Computers and Concrete
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v.32
no.3
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pp.339-349
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2023
Fast-built construction is a key feature for successful applications of precast concrete (PC) moment frame system in recent construction practices. To this end, by introducing some unique splicing details in precast connections, especially between PC columns including panel zones, use of temporary supports and bracings can be minimized based on their self-sustaining nature. In addition, precast wide beams are commonly adopted for better economic feasibility. In this study, three self-sustaining precast concrete (PC) wide beam-column connection specimens were fabricated and tested under reversed cyclic loadings, and their seismic performances were quantitatively evaluated in terms of strength, ductility, failure modes, energy dissipation and stiffness degradation. Test results were compared with ASCE 41-17 nonlinear modeling curves and its corresponding acceptance criteria. On this basis, an improved macro modeling method was explored for a more accurate simulation. It appeared that all the test specimens fully satisfy the acceptance criteria, but the implicit joint model recommended in ASCE 41-17 tends to underestimate the joint shear stiffness of PC wide beam-column connection. While, the explicit joint model along with concentrated plastic hinge modeling technique is able to present better accuracy in simulating the cyclic responses of PC wide beam-column connections.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.19
no.12
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pp.32-40
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2018
In order to avoid excessive vibration, it is required to carry out a vibration analysis of heat-exchanger/nuclear-reactor at the design stage. Information of eigen-frequency in the vibration problem is required to evaluate safety of heat-exchange/nuclear reactor. This paper describes a numerical method, Galerkin's method, to solve the eigenvalue problem occurred in a cantilever beam. The beam is restrained with added mass and spring at the free end or a node point of a mode shape. The numerical results of eigen-frequency were compared with simple analytical and experimental results given by simple approach and simple test, respectively. It is found that Galerkin's method is applicable to estimate the eigen-frequency of the cantilever beam. The frequencies become lower with increasing the added mass and the frequencies increase with the spring force. It is shown the heavy added mass has a role of support on the flexible tube. The eigen-frequency of the first mode, for the system with the added mass mounted at the free end, can be calculated by the approximate analytical method existing with more or less accuracy.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.21
no.2
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pp.33-40
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2021
For the practical application of U-flanged Truss Hybrid beams, the flexural capacity of hybrid beams with end reinforcement details using vertical steel plates was verified. The bending test of U-flanged Truss Hybrid beams was performed using the same top chord under the compressive force, but with the thickness of the bottom plate and the amount of tensile reinforcement. The initial stiffness and maximum load of the specimen with tensile reinforcement have a higher value than that of the specimen without tension reinforcement, but the more tensile reinforcement, the greater the load decrease after the maximum load. In the case of the specimen with tensile reinforcement, because the test result value is 76% to 88% when compared with the flexural strength according to Korea Design Code, the safety of the U-flanged Truss Hybrid beam with the same details of the specimens can't ensure. Therefore, the development of new details is required to ensure that the bottom steel plate and the tensile reinforcement can undergo sufficient tensile deformation.
Shear tests are performed on four full-scale 12.5 m proto-type models, "least depth double tee," which are resulted from the optimization process. Domestic superimposed live load regulation, domestic material properties which is available to product. Korean building code requirements, construction environments and economy are considered as the main factors to establish the process. All of the specimens tested fully comply with the shear strength requirements as specified by ACI 318-95. The research has shown following results. 1) The development length requirement of ACI 318-95 does not seem a good predictor for the estimation of bond failure in a beam with the strands below the supports. 2) The load required for the first initial coner cracking in the dap end and first web shear cracking does not seem to have any relation with the dimension and shear strength of the section in the test beams. 3) The strand slip has a direct relationship with the web shear cracking. However, the coner cracking in the dap end does not give any help for the slip in anchorage. 4) Use of whole area for bearing steel at the bottom of dap end is desired for safe bearing pressure design in the precast prestressed double tee beams. 5) The deflection of beam influences directly on the amount of strand slip at the anchorage after initiation of it, and relationship between them are very linear.
In order to study the failure mode and seismic behavior of the interior-joint in steel traditional-style buildings, a single beam-column joint and a double beam-column joint were produced according to the relevant building criterion of ancient architectural buildings and the engineering instances, and the dynamic horizontal loading test was conducted by controlling the displacement of the column top and the peak acceleration of the actuator. The failure process of the specimens was observed, the bearing capacity, ductility, energy dissipation capacity, strength and stiffness degradation of the specimens were analyzed by the load-displacement hysteresis curve and backbone curve. The results show that the beam end plastic hinge area deformed obviously during the loading process, and tearing fracture of the base metal at top and bottom flange of beam occurred. The hysteresis curves of the specimens are both spindle-shaped and plump. The ultimate loads of the single beam-column joint and double beam-column joint are 48.65 kN and 70.60 kN respectively, and the equivalent viscous damping coefficients are more than 0.2 when destroyed, which shows the two specimens have great energy dissipation capacity. In addition, the stiffness, bearing capacity and energy dissipation capacity of the double beam-column joint are significantly better than that of the single beam-column joint. The ductility coefficients of the single beam-column joint and double beam-column joint are 1.81 and 1.92, respectively. The cracks grow fast when subjected to dynamic loading, and the strength and stiffness degradation is also degenerated quickly.
Dynamic behaviour of beam carrying masses has attracted attention of many researchers and engineers. Many studies on the analytical solution of beam with concentric tip mass have been published. However, there are limited works on vibration analysis of beam with an eccentric three dimensional object. In this case, bending and torsional deformations of beam are coupled due to the boundary conditions. Analytical solution of equations of motion of the system is complicated and lengthy. Therefore, in this study, Differential Transform Method (DTM) is applied to solve the relevant equations. First, the Timoshenko beam with 3D tip attachment whose centre of gravity is not coincident with beam end point is considered. The beam is assumed to undergo bending in two orthogonal planes and torsional deformation about beam axis. Using Hamilton's principle the equations of motion of the system along with the possible boundary conditions are derived. Later DTM is applied to obtain natural frequencies and mode shapes of the system. According to the relevant literature DTM has not been applied to such a system so far. Moreover, the problem is modelled by Ansys, the well-known finite element method, and impact test is applied to extract experimental modal data. Comparing DTM results with finite element and experimental results it is concluded that the proposed approach produces accurate results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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