This study proposed hybrid coupled shear wall in the steel plate insertion method, which is capable of reinforcing the shear strength of the entire wall without increasing wall thickness in the wall-slab apartment buildings. The proposed hybrid coupled shear wall was tested for its effectiveness, shear strength and seismic behavior in experiment. As a test result, the shear strength improvement by the proposed hybrid coupled shear was found effective. Integral-type of steel plate insertion was found more effective than separate-type steel plate insertion. In this case, if the stud enforcement method proposed in this study was used, the shear strength of hybrid coupled shear wall was recommended to calculate using the KBC2016 0709.4.1(3) method. The steel plate inserted in the proposed method was found to have no significant impact on the final fracture behavior and bending strength of hybrid coupled shear wall. The shear strength at the final destruction of the wall was merely about 1/50 of the entire design shear strength. Thus, it is deemed that the wall was over excessively designed regarding the shear force in the existing design method. This finding indicates further study on wall designing to ensure effective and economic designing based on appropriate strength estimation under the destruction mechanism.
Bengar, Habib Akbarzadeh;Aski, Roja Mohammadalipour
Steel and Composite Structures
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제20권2호
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pp.337-355
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2016
Steel coupling beam in reinforced concrete (RC) coupled shear wall system is a proper substitute for deep concrete coupling beam. Previous studies have shown that RC coupled walls with steel or concrete coupling beam designed with strength-based design approach, may not guarantee a ductile behavior of a coupled shear wall system. Therefore, seismic performance evaluation of RC coupled shear wall with steel or concrete coupling beam designed based on a strength-based design approach is essential. In this paper first, buildings with 7, 14 and 21 stories containing RC coupled shear wall system with concrete and steel coupling beams were designed with strength-based design approach, then performance level of these buildings were evaluated under two spectrum; Design Basis Earthquake (DBE) and Maximum Considered Earthquake (MCE). The performance level of LS and CP of all buildings were satisfied under DBE and MCE respectively. In spite of the steel coupling beam, concrete coupling beam in RC coupled shear wall acts like a fuse under strong ground motion.
Shear wall structures have been widely used in high-rise buildings during the past decades, mainly due to their good overall performance, large lateral stiffness, and high load-carrying capacity. However, traditional reinforced concrete wall structures are prone to brittle failure under seismic actions. In order to improve the seismic behavior of traditional shear walls, this paper presents three different metal energy-dissipation shear wall systems, including coupled shear wall with energy-dissipating steel link beams, frame with buckling-restrained steel plate shear wall structure, and coupled shear wall with buckling-restrained steel plate shear wall. Constructional details, experimental studies, and calculation analyses are also introduced in this paper.
This study investigates the static and dynamic structural analysis of symmetrical and asymmetrical coupled shear walls using the continuous and modified transfer matrix methods by idealizing the coupled shear wall as a three-field CTB-type replacement beam. The coupled shear wall is modeled as a continuous structure consisting of the parallel coupling of a Timoshenko beam in tension (with axial extensibility in the shear walls) and a shear beam (replacing the beam coupling effect between the shear walls). The variational method using the Hamilton principle is used to obtain the coupled differential equations and the boundary conditions associated with the model. Using the continuous method, closed-form analytical solutions to the differential equation for the coupled shear wall with uniform properties along the height are derived and a numerical solution using the modified transfer matrix is proposed to overcome the difficulty of coupled shear walls with non-uniform properties along height. The computational advantage of the modified transfer matrix method compared to the classical method is shown. The results of the numerical examples and the parametric analysis show that the proposed analytical and numerical model and method is accurate, reliable and involves reduced processing time for generalized static and dynamic structural analysis of coupled shear walls at a preliminary stage and can used as a verification method in the final stage of the project.
Park, Wan Shin;Yun, Hyun Do;Kim, Sun Woong;Jang, Young Il
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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제16권3호
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pp.128-137
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2012
In high multistory buildings, hybrid coupled shear walls can provide an efficient structural system to resist horizontal force due to wind and seismic loads. Hybrid coupled shear walls are usually built over the whole height of the building and are laid out either as a series of walls coupled by steel beams with openings to accommodate doors, elevator walls, windows and corridors. In this paper, the behavior characteristics of hybrid coupled shear wall system considering connection details is examined through results of an experimental research program where 5 two-thirds scale specimens were tested under cyclic loading. Such connections details are typically employed in hybrid coupling wall system consisting of steel coupling beams and reinforced concrete shear wall. The test variables of this study are embedment length of steel coupling beam and wall thickness of concrete shear wall. The results and discussion presented in this paper provide fundamental data for seismic behavior of hybrid coupled shear wall systems.
The seismic behavior of PRC coupling beam-hybrid coupled shear wall system is analyzed by using the finite element software ABAQUS. The stress distribution of steel plate, reinforcing bar in coupling beam, reinforcing bar in slab and concrete is investigated. Meanwhile, the plastic hinges developing law of this hybrid coupled shear wall system is also studied. Further, the effect of coupling ratio, section dimensions of coupling beam, aspect ratio of single shear wall, total height of structure and the role of slab on the seismic behavior of the new structural system. A fitting formula of plate characteristic values for PRC coupling beams based on different displacement requirements is proposed through the experimental date regression analysis of PRC coupling beams at home and abroad. The seismic behavior control method for PRC coupling beam-hybrid coupled shear wall system is proposed based on the continuous connection method and through controlling the coupling ratio, the roof displacement, story drift angle of hybrid coupled shear wall system, displacement ductility of coupling beam.
A new type of earthquake resilient reinforced concrete (RC) shear wall structure, installed with replaceable coupling beams and replaceable corner components at the bottom of wall piers, is proposed in this study. At first, the mechanical behavior of replaceable components, such as combined dampers and replaceable corner component, is studied by cyclic loading tests on them. Then, cycling loading tests are conducted on one conventional coupled shear wall and one new type of coupled shear wall with replaceable components. The test results indicate that the damage of the new type of coupled shear wall concentrates on replaceable components and the left parts are well protected. Finally, a case study is introduced. The responses of one conventional frame-tube structure and one new type of structure installed with replaceable components under the wind and the earthquake are compared, which verify that the performance of new type of structure is much better than the conventional structure.
The structural behavior of reinforced concrete coupled shear wall structures is greatly influenced by the behavior of their coupling beams. This paper presents a process of the seismic analysis of reinforced concrete coupled shear wall-frame system linked by hysteretic dampers at each floor. The hysteretic dampers are located at the middle portion of the linked beams which most of the inelastic damage would be concentrated. This study concerned particularly with wall-frame structures that do not twist. The proposed method, which is based on the energy equilibrium method, offers an important design method by the result of increasing energy dissipation capacity and reducing damage to the wall's base. The optimum distribution of yield shear force coefficients is to evenly distribute the damage at dampers over the structural height based on the cumulative plastic deformation ratio of the dissipation device. Nonlinear dynamic analysis indicates that, with a proper set of damping parameters, the wall's dynamic responses can be well controlled. Finally, based on the total plastic strain energy and its trend through the height of the buildings, a prediction equation is suggested.
The free vibration of stiffened and damaged coupled shear walls is investigated using the mixed finite element method. The anisotropic damage model is adopted to describe the damage extent of the reinforced concrete shear wall element. The internal energy of a locally damaged shear wall element is derived. Polynomial shape functions established by Kwan are used to present the component of displacements vector on each point within the wall element. The principle of virtual work is employed to deduce the stiffness matrix of a damaged shear wall element. The stiffened system is reinforced by an additional stiffening beam at some level of the structure. This induces additional axial forces, and thus reduces the bending moments in the walls and the lateral deflection, and increases the natural frequencies. The effects of the damage extent and the stiffening beam on the free vibration characteristics of the structure are studied. The optimal location of the stiffening beam for increasing as far as possible the first natural frequency of vibration is presented.
Park Wan-Shin;Yoon Hyun-Do;Hwang Sun-Kyung;Kim Sun-Woo;Han Min-Ki;Lee Won-Suk
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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한국콘크리트학회 2005년도 봄학술 발표회 논문집(I)
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pp.135-138
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2005
Since a ductile coupled shear wall system is the primary seismic load resisting systems of many structures, a coupling beams of these system must exhibit excellent ductility and energy absorption capacity. In this paper, the seismic response of coupled shear wall system is discussed. It includes that the evaluation of the degree of coupling between the shear walls and the coupling beams. It is demonstrated through a review of experimental investigations of coupling beam behavior that often the coupling beam ductility demand exceeds the expected available ductility. As a result, it is possible that coupled shear wall system will not behave as desired in the course of a significant seismic event. Limits to the allowable degree of coupling are proposed as a remedy to this apparent deficiency.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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