In order to improve the constructability and meanwhile ensure excellent seismic behavior, several innovative composite connection details were conceived and studied by the authors. This paper reports experimental results and observations on seismic behavior of steel beam bolted to reinforced concrete column connections (bolted RCS or BRCS). The proposed composite connection details involve post tensioning the end plates of the steel beams to the reinforced concrete or precast concrete columns using high-strength steel rods. A rational design procedure was proposed to assure a ductile behavior of the composite structure. Strut-and-tie model analysis indicates that a bolted composite connection has a favorable stress transfer mechanism. The excellent capacity and behavior were then validated through five full-scale beam to column connection model tests.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2006.11a
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pp.29-32
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2006
Different from new or reconstruction of an apartment housing, the structural safety in the remodelling construction can be obtained through the repair and strengthening process based on the safety diagnosis and evaluation of structural performance. In this study, structural performance of existing members such as, reinforced concrete slabs, beams and columns are investigated through experimental tests. The structural members were obtained from the existing apartment housing which will be demolished. Test results showed that most specimens have a sufficient structural capacity except for some special case, for example, specimens with severe cracks or concrete loss due to improper casting. This same severe deteriorated or defective structure members originated from bad concrete casting or careless construction process should be repaired and strengthened before an remodelling construction.
A theoretical research project is undertaken to develop integrated analysis and design tools for long span composite beams in modern high-rise buildings, and it aims to develop non-linear finite element models for practical design of composite beams. As the first paper in the series, this paper presents the development study as well as the calibration exercise of the proposed finite element models for simply supported composite beams. Other practical issues such as continuous composite beams, the provision of web openings for passage of building services, the partial continuity offered by the connections to columns as well as the behaviour of both unprotected and protected composite beams under fires will be reported separately. In this paper, details of the finite elements and the material models for both steel and reinforced concrete are first described, and finite element studies of composite beams with full details of test data are then presented. It should be noted that in the proposed finite element models, both steel beams and concrete slabs are modelled with two dimensional plane stress elements whose widths are assigned to be equal to the widths of concrete flanges, and the flange widths and the web thicknesses of steel beams as appropriate. Moreover, each shear connector is modelled with one horizontal spring and one vertical spring to simulate its longitudinal shear and pull-out actions based on measured load-slippage curves of push-out tests of shear connectors. The numerical results are then carefully analyzed and compared with the corresponding test results in terms of load mid-span deflection curves as well as load end-slippage curves. Other deformation characteristics of the composite beams such as stress and strain distributions across the composite cross-sections as well as distributions of shear forces and slippages in shear connectors along the beam spans are also examined in details. It is shown that the numerical results of the composite beams compare well with the test data in terms of various load-deformation characteristics along the entire deformation ranges. Hence, the proposed analysis and design tools are considered to be simple and yet effective for composite beams with practical geometrical dimensions and arrangements. Structural engineers are strongly encouraged to employ the models in their practical work to exploit the full advantages offered by composite construction.
Many authors have established the usefulness of concrete filled steel tubular (CFST) sections as compression members while few have proved their utility as flexural members. To explore their prospective as part of CFST frame structures, two types of connections using extended end plate and seat angle are proposed for exterior joints of CFST beams and CFST columns. To investigate the performance and failure modes of the proposed bolted connections subjected to static loads, an experimental program has been executed involving ten specimens of exterior beam-to-column joints subjected to monotonically increasing load applied at the tip of beam, the performance is appraised in terms of load deformation behaviour of joints. The test parameters varied are the beam section type, type and diameter of bolts. To validate the experimental behaviour of the proposed connections in CFST beam-column joints, finite element analysis for the applied load has been performed using software ATENA-3D and the results of the proposed models are compared with experimental results. The experimental results obtained agree that the proposed CFST beam-column connections perform in a semi-rigid and partial strength mode as per specification of EC3.
This paper presents a computational rational model to predict the ultimate and optimized load capacity of reinforced concrete (RC) beams strengthened by a combination of longitudinal and transverse fiber reinforced polymer (FRP) composite plates/sheets (flexure and shear strengthening system). Several experimental and analytical studies on the confinement effect and failure mechanisms of fiber reinforced polymer (FRP) wrapped columns have been conducted over recent years. Although typical axial members are large-scale square/rectangular reinforced concrete (RC) columns in practice, the majority of such studies have concentrated on the behavior of small-scale circular concrete specimens. A high performance concrete, known as polymer concrete, made up of natural aggregates and an orthophthalic polyester binder, reinforced with non-metallic bars (glass reinforced polymer) has been studied. The material is described at micro and macro level, presenting the key physical and mechanical properties using different experimental techniques. Furthermore, a full description of non-metallic bars is presented to evaluate its structural expectancies, embedded in the polymer concrete matrix. In this paper, the mechanism of mechanical interaction of smooth and lugged FRP rods with concrete is presented. A general modeling and application of various elements are demonstrated. The contact parameters are defined and the procedures of calculation and evaluation of contact parameters are introduced. The method of calibration of the calculated parameters is presented. Finally, the numerical results are obtained for different bond parameters which show a good agreement with experimental results reported in literature.
This paper summarizes an experimental study on the seismic behavior of lower stories of a mid-rise reinforced concrete frame building. Two reinforced concrete frames with two stories and one span were tested and each frame represents lower two stories of an 11-story RC frame building. Both frames were designed in accordance with Japanese design guidelines and were identical except in the variation of axial force. The tests demonstrated that the overall load-displacement relations of the two frames were nearly the same and the first-story column shear was closely related to the column axial load. The columns and beams elongated during both of the tests, with the second-floor beam elongation exceeding 1.5% of the beam clear span length. The frame with higher axial loads developed more cracks that the frame under moderate axial load.
Nguyen, Xuan Huy;Le, Dang Dung;Nguyen, Quang-Huy;Nguyen, Hoang Quan
Earthquakes and Structures
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v.18
no.5
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pp.599-607
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2020
This paper deals with the experimental investigation on the behavior of RCS beam-column exterior joints. Two full-scale specimens of joints between reinforced concrete columns and steel beams are tested under cyclic loading. The objective of the test is to study the effect of steel fiber reinforced concrete (SFRC) on the seismic behavior of RCS joints. The load bearing capacity, story drift capacity, ductility, energy dissipation, and stiffness degradation of specimens are evaluated. The experimental results point out that the FRC joint is increased 20% of load carrying capacity and 30% of energy dissipation capacity in comparison with the RC joint. Besides, the FRC joint shown lower damage and better ductility than RC joint.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2001.10a
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pp.57-60
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2001
In order to extend the life time of building and civil infra-structure, nowadays, patch type fibrous composite materials are widely used. Retrofitted concrete columns and beams gain the stiffness and strength, but they lose toughness and show brittle failure. Usually, the cracks of concrete structures are visible with naked eyes and the status of the structure in the life cycle is estimated with visible inspection. After retrofitting of the structure, crack visibility is blocked by retrofitted composite materials. Therefore, structural monitoring after retrofitting is indispensible and self diagnosis method with optical fiber sensor is very useful. In this paper, We try to detect peel out effect and find the strain difference between main structure and retrofitting patch material when they separate each other.
Frank, Timothy E.;Lepech, Michael D.;Billington, Sarah L.
Computers and Concrete
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v.22
no.3
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pp.305-317
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2018
Steel reinforced Engineered Cementitious Composite (ECC) components have been proposed for seismic structural applications, for example in coupling beams, infill panels, joints, columns, and flexural members. The development of strain in the steel reinforcement of cementitious components has been shown to vary based on both the steel reinforcement ratio and the applied deformation history. Strain in the steel reinforcement of reinforced ECC components is an important structural response metric because ultimate failure is often by fracture of the steel reinforcement. A recently proposed bond-slip model has been successfully calibrated to cyclically tested reinforced ECC beams wherein the deformation history contained monotonically increasing cycles. This paper reports simulations of two-dimensional finite element models of reinforced ECC beams to determine the appropriateness and significance of altering a phenomenological bond-slip model based on the applied deformation history. The numerical simulations with various values of post-peak bond-slip softening stiffness are compared to experimental results. Varying the post-peak bond-slip softening stiffness had little effect on the cracking patterns and hysteretic response of the reinforced ECC flexural models tested, which consisted of two different steel reinforcement ratios subjected to two different deformation histories. Varying the post-peak bond-slip softening stiffness did, however, affect the magnitude of strain and the length of reinforcing bar that strain-hardened. Overall, a numerical model with a constant bond-slip model represented well various responses in reinforced ECC beams with multiple steel reinforcement ratios subjected to different deformation histories.
Exterior beam-column joints are structural elements that ensure connection between beams and columns. The joint strength is generally assumed to be governed by the structural element of lowest load capacity (beam or column), however, the joint may be the weakest link. The joint shear behavior is still not well understood due to the influence of several variables, such as geometry of the connection, stress level in the column, concrete strength and longitudinal beam reinforcement. A parametrical study based only on experiments would be impracticable and not necessarily exposes the failure mechanisms. This paper reports on a set of numerical simulations conducted in DIANA$^{(R)}$ software for the investigation of the shear strength of exterior joints. The geometry of the joints and stress level on the column are the variables evaluated. Results have led to empirical expressions that provide the shear strength of unreinforced exterior beam-column joints.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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