Kim, Young Ju;Bae, Jae Hoon;Ahn, Tae Sang;Kim, Jin Won;Ryu, Hong Sik
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.26
no.4
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pp.263-275
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2014
In this study, connection of steel reinforced concrete(SRC) column and composite beam which consists of H-section and U-section members were tested under cyclic loading. An essential point of the composite beam is the structural performance of welded joint between the H-section and the U-section members. To improve the structural performance of joint of two beam members, vertical stiffeners, trapezoidal stiffeners, and top bars were used. Five full-scaled specimens were designed to study the effect of a number of parameters on cyclic performance of connections such as H-section beam size($H-500{\times}200{\times}10{\times}16$, $H-600{\times}200{\times}11{\times}17$), the presence of stiffeners and top bars, and the presence of no weld access hole(WAH) method. Based on the test results, deformation capacity of the specimens with H-500 series beam and H-600 series beam were 4% and 3% rotation angle, which is the requirement for the Special Moment Frame and Intermediate Moment Frame(IMF), respectively. Test result showed that deformation capacity of connection with stiffeners and top bars is greater than that of connection without stiffeners and top bars. Finally, energy dissipation capacity and strain profile of specimens were summarized.
It is common practice to use Reduced Web Beam Sections (RWBS) in steel moment resisting frames. Perforation of beam web in these members may cause stress and strain concentration around the opening area and facilitate ductile fracture under cyclic loading. This paper presents a numerical study on the cyclic fracture of these structural components. The considered connections are configured as T-shaped assemblies with beams of elongated circular perforations. The failure of specimens under Ultra Low Cycle Fatigue (ULCF) condition is simulated using Cyclic Void Growth Model (CVGM) which is a micromechanics based fracture model. In each model, CVGM fracture index is calculated based on the stress and strain time histories and then models with different opening configurations are compared based on the calculated fracture index. In addition to the global models, sub-models with refined mesh are used to evaluate fracture index around the beam to column weldment. Modeling techniques are validated using data from previous experiments. Results show that as the perforation size increases, opening corners experience greater fracture index. This is while as the opening size increases the maximum observed fracture index at the connection welds decreases. However, the initiation of fracture at connection welds occurs at lower drift angles compared to opening corners. Finally, a probabilistic framework is applied to CVGM in order to account for the uncertainties existing in the prediction of ductile fracture and results are discussed.
Non-linear finite element analysis for newly developed precast concrete details for beam-to-column connection which can be used in moderate seismic region was carried out in this study. Developed precast system is based on composite structure and which have steel tube in column and steel plate in beam. Improving cracking strength of joint under reversed cyclic loading, joint area was casted with ECC (Engineering Cementitious Composites). Since this newly developed precast system have complex sectional properties and newly developed material, new analysis method should be developed. Using embedded elements and models of non-linear finite element analysis program ABAQUS previously tested specimens were successfully analyzed. Analysis results show comparatively accurate and conservative prediction. Using finite element model, effect of axial load magnitude and flexural strength ratio were investigated. Developed connection have optimized performance under axial load of 10~20% of compressive strength of column. Plastic hinge was successfully developed with flexural strength ratio greater than 1.2.
Recently, there is a growing interest on sustainable connection system that makes it possible to reuse of main structural members by concentrating most of the damage in the frame caused by strong horizontal force, such as earthquake, to damper. In this study proposed a new type of damage-controlled connection system applying these concepts and analysed the major structural performance of the proposed system through the full-scale cyclic loading test and nonlinear finite element analyses. According to the result, it derived the optimal damper/beam strength ratio that minimize the damage of main members and satisfy at least the fully plastic moment of the beam. And it was to verify the possibility of applying as seismic connection details.
For the connections between modular units in modular buildings, the bolted joints with connector plates are used commonly. The strength of structure is determined by the weakest part of structure and the connections may be weaker than the members being joined. Therefore, to check the safety of modular building, the structural performance of connections between modular units as well as that of beam-to-column connections should be evaluated. In this study, the behavior of module to module connection with straight and cross shaped connector plates is investigated by lateral cyclic tests according to KBC2009 0722.2.4 which shall be conducted by controlling the story drift angle in the width and the longitudinal direction respectively. All of test results generally show the stable ductile behavior up to 0.04rad drift levels and the tests in longitudinal direction show a superior energy dissipation per cycle in each of the load steps. However, the straight shaped connector plates have the degradation of stiffness with cyclic loading and the larger drift angle of column than the cross shaped connector plates.
Concrete filled tubular structure should be installed diaphragms for moment connection. However internal and through diaphragm should be special welded when connected to column tube. The other hand, that has become increase of stress concentration and extend of construction error. Therefore, In this study the seismic performance of beam to column connections with External Diaphragms and implement cycle loading experiment. we had evaluated seismic performance with mentioned experiment which is concrete filled or not, variable shapes, to be welded or not of diaphragm. Also, formula of strength of external diaphragm was analyzed and looked into adequacy with regard to formula of tension strength.
This paper focused on square steel tubular column to H-beam connections (concrete filled tubular) with an outside-type diaphragm. Based on the yield line theory and the nonlinear static FEM analysis the specification equations were evaluated by comparing them with previous result of the simplified tensile experiment[please check. The yield line theory applied to the mechanical model theory revised by K. Morita, the nonlinear static FEM analysis using abaqus/standard, the ultimate strength equation in the specification equation using the factor for long-time loading, and the yield ratio according to material. The allowable strength in the specification equations applied the safety factors of 2.2 and 2.6 in the cases with and without filled concrete, respectively. Therefore, the evaluation of strength(for the previous result of the simplified tensile experiment in this study) was considered possible through the yield line theory, the nonlinear static FEM analysis, and the specification equations. Likewise, the specification equations were seen to be an underestimate of the previous result of the simplified tensile experiment. The strength and displaced mesh in the FEM analysis approximated the previous result of the simplified tensile experiment.
The Self Compacting Concrete, SCC is the new generation type of concrete which is not needed to be compacted by vibrator and it will be compacted by its own weight. Since SCC is a new innovation and also the high strength self compacting concrete, HSSCC behavior is like a brittle material, therefore, understanding the strength effect on the serviceability performance of reinforced self compacting concretes is critical. For this aim, first the normal and high strength self compacting concrete, NSSCC and HSSCC was designed. Then, the serviceability performance of reinforced connections consisting of NSSCC and HSSCC were investigated. Twelve reinforced concrete connections (L = 3 m, b = 0.15 m, h = 0.3 m) were simulated, by this concretes, the maximum and minimum reinforcement ratios ${\rho}$ and ${\rho}^{\prime}$ (percentage of tensile and compressive steel reinforcement) are in accordance with the provision of the ACI-05 for conventional RC structures. This study was limited to the case of bending without axial load, utilizing simple connections loaded at mid span through a stub (b = 0.15 m, h = 0.3 m, L = 0.3 m) to simulate a beam-column connection. During the test, concrete and steel strains, deflections and crack widths were measured at different locations along each member. Based on the experimental readings and observations, the cracked moment of inertia ($I_{cr}$) of members was determined and the results were compared with some selective theoretical methods. Also, the flexural crack widths of the members were measured and the applicability for conventional vibrated concrete, as for ACI, BS and CSA code, was verified for SCCs members tested. A comparison between two Codes (ACI and CSA) for the theoretical values cracking moment is indicate that, irrespective of the concrete strength, for the specimens reported, the prediction values of two codes are almost equale. The experimental cracked moment of inertia $(I_{cr})_{\exp}$ is lower than its theoretical $(I_{cr})_{th}$ values, and therefore theoretically it is overestimated. Also, a general conclusion is that, by increasing the percentage of ${\rho}$, the value of $I_{cr}$ is increased.
Base isolation is a well-established passive strategy for seismic response control of buildings. In this paper, an efficient framework is proposed for reliability-based design optimization (RBDO) of isolated buildings subjected to uncertain earthquakes. The framework uses reduced function evaluations method, as an efficient tool for structural reliability analysis, and an efficient optimization algorithm for optimal structural design. The probability of failure is calculated considering excessive base displacement, superstructure inter-storey drifts, member stress ratios and absolute accelerations of floors of the isolated building as failure events. The behavior of rubber bearing isolators is modeled using nonlinear hysteretic model and the variability of future earthquakes is modeled by applying a probabilistic approach. The effects of pulse component of stochastic near-fault ground motions, fixity-factor of semi-rigid beam-to-column connections, values of isolator parameters, earthquake magnitude and epicentral distance on the performance and safety of semi-rigidly connected base-isolated steel framed buildings are studied. Suitable RBDO examples are solved to illustrate the results of investigations.
This paper summarized the results of a full-scale cyclic seismic testing on four reduced beam section (RBS) steel moment connections. Specifically, these tests addressed a bolted web versus a welded web connection and strong versus medium panel zone (PZ) strength as key test variables. Specimens with medium PZ strength were designed to promote balanced energy dissipation from both PZ and RBS regions, in order to reduce the requirement for expensive doubler plates. Both strong and medium PZ specimens with welded web connection were able to provide sufficient connection rotation capacity required of special moment-resisting frames. On the other hand, specimens with bolted web connection performed poorly due to premature brittle fracture of the beam flange at the weld access hole. Unlike the case of web-welded specimens, specimens with cheaper bolted web connection could not transfer the actual plastic moment of the original (or unreduced) beam section to the column. No fracture occurred within the beam groove welds of any connection in this testing program. If fracture within the beam flange groove weld is avoided by using quality welding procedure as in this study, the fracture issue tends to move into the beam flange base metal at the weld access hole. Supporting analytical study was also conducted in order to understand the observed base metal fracture from the engineering mechanics perspective.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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