Beam-column joints are the key structural elements, which dictate the behavior of structures subjected to earthquake loading. Though large experimental work has been conducted in the past, still various issues regarding the post-yield behavior, ductility and failure modes of the joints make it a highly important research topic. This paper presents experimental results obtained for eight beam-column joints of different sizes and configuration under cyclic loads along with the analytical evaluation of their response using a simple and effective analytical procedure based on nonlinear static pushover analysis. It is shown that even the simplified analysis can predict, to a good extent, the behavior of the joints by giving the important information on both strength and ductility of the joints and can even be used for prediction of failure modes. The results for four interior and four exterior joints are presented. One confined and one unconfined joint for each configuration were tested and analyzed. The experimental and analytical results are presented in the form of load-deflection. Analytical plots are compared with envelope of experimentally obtained hysteretic loops for the joints. The behavior of various joints under cyclic loads is carefully examined and presented. It is also shown that the procedure described can be effectively utilized to analytically gather the information on behavior of joints.
Lima, Carmine;Martinelli, Enzo;Macorini, Lorenzo;Izzuddin, Bassam A.
Earthquakes and Structures
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v.12
no.1
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pp.119-133
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2017
Several theoretical and analytical formulations for the prediction of shear strength in reinforced concrete (RC) beam-to-column joints have been recently developed. Some of these predictive models are included in the most recent seismic codes and currently used in practical design. On the other hand, the influence of the stiffness and strength degradations in RC joints on the seismic performance of RC framed buildings has been only marginally studied, and it is generally neglected in practice-oriented seismic analysis. To investigate such influence, this paper proposes a numerical description for representing the cyclic response of RC exterior joints. This is then used in nonlinear numerical simulations of RC frames subjected to earthquake loading. According to the proposed strategy, RC joints are modelled using nonlinear rotational spring elements with strength and stiffness degradations and limited ductility under cyclic loading. The proposed joint model has been firstly calibrated against the results from experimental tests on 12 RC exterior joints. Subsequently, nonlinear static and dynamic analyses have been carried out on two-, three- and four-storey RC frames, which represent realistic existing structures designed according to old standards. The numerical results confirm that the global seismic response of the analysed RC frames is strongly affected by the hysteretic damage in the beam-to-column joints, which determines the failure mode of the frames. This highlights that neglecting the effects of joints damage may potentially lead to non-conservative seismic assessment of existing RC framed structures.
In this study, the tests were carried out for the behavior according to method of constrained nail head of slope reinforced with soil nail under dynamic loading, by using shaking table. Shaking table tests were carried out by applying Hachinohe seismic wave having the long-period characteristics and Ofunato seismic wave having short-period characteristics, as changing constrained and unconstrained condition of nail head, and so on. Failure mode, ground acceleration characteristics, vertical displacement and horizontal displacement of slope were compared and analyzed on the basis of results obtained from the test. Results of carrying out shaking table test showed that both short-period wave and long-period wave had large effects on slope, and constraint of nail head was found to have large shear resistance for dynamic load. And it was confirmed that stability of slope under seismic loading was largely improved by constrained head of soil nail.
The non-linear behaviour of integral infilled frames (in which the infill and the frame are bonded together with help of various interface materials) is studied both experimentally and numerically. The experiments were carried out on one-sixth scale two-bay and three-storey reinforced concrete frames with and without infill against static cyclic loading. Three interface materials - cement mortar, cork and foam have been used in between the infill and the frame. The infill, interface and the frame are bonded together is called integral frame. The linear and non-linear behaviors of two dimensional bare frame and integral infilled frame have been studied numerically using the commercial finite element software SAP 2000. Linear finite element analysis has been carried out to quantify the effect of various interface materials on the infilled frames with various combinations of 21 cases and the results compared. The modified configuration that used all three interface materials offered better resistance above others. Therefore, the experiments were limited to this modified infilled frame case configuration, in addition to conventional (A1-integral infilled frame with cement mortar as interface) and bare frame (A0-No infill). The results have been compared with the numerical results done initially. It is found that stiffness of bare frame increased by infilling and the strength of modified frame increased by 20% compare to bare frame. The ductility ratio of modified infilled frame was 42% more than that of the conventional infilled frame. In general, the numerical result was found to be in good agreement with experimental results for initial crack load, ultimate load and deformed pattern of infill.
Weathered granite soil is the most representative as a surface soil in Korea. In this paper, the dynamic properties and settlement characteristics of Korea granite soil are studied through the dynamic triaxial compression tests. The dynamic characteristics are very important on the analysis of the foundations under dynamic loading such as machine vibration and earthquake. Soil samples having different grain sixtes were prepared at the relative densities between 80oA and 90oA and tested to measure shear moduli and damping ratios at each level of shear strain. The measured shear moduli of weathered granite soils showed large variations according to the grain sizes, confining pressures, relative densities and shear strains. Sandy weathered granite had a little larger dynamic properties than the average values of the sand studied by Seed and Idriss. Pot the well compacted granite soils, little residual settlements occured due to dynamic loading.
The paper makes the experimental and finite-element-analysis investigation on the seismic behavior of the rebar-penetrated joint between gangue concrete filled steel tubular column and reinforced gangue concrete beam under low cyclic reversed loading. Two specimens are designed and conducted for the experiment to study the seismic behavior of the rebar-penetrated joint under cyclic loading. Then, finite element analysis models of the rebar-penetrated joint are developed using ABAQUS 6.10 to serve as the complement of the experiment and further analyze the seismic behavior of the rebar-penetrated joint. Finite element analysis models are also verified by the experimental results. Finally, the hysteretic performance, the bearing capacity, the strength degradation, the rigidity degradation, the ductility and the energy dissipation of the rebar-penetrated joint are evaluated in detail to investigate the seismic behavior of the rebar-penetrated joint through experimental results and finite element analysis results. The research demonstrates that the rebar-penetrated joint between gangue concrete filled steel tubular column and reinforced gangue concrete beam, with full and spindle-shaped load-displacement hysteretic curves, shows generally the high ductility and the outstanding energy-dissipation capacity. As a result, the rebar-penetrated joint exhibits the excellent seismic performance and meets the earthquake-resistant requirements of the codes in China. The research provides some references and suggestions for the application of the rebar-penetrated joint in the projects.
Several damages due to large displacement caused by liquefaction have been reported increasingly. Numerical procedures based on effective stress analysis are therefore necessary to predict liquefaction-induced deformation. In this paper, the fully coupled effective stress model called UBCSAND is proposed to simulate pore pressure rise due to earthquake or repeated loadings. The proposed model is a modification of the simple perfect elasto-plactic Mohr-Coulomb model, and can simulate a continuous yielding by mobilizing friction and dilation angles below failure state. Yield function is defined as the ratio of shear stress to mean normal stress. It is radial lines on stress space and has the same shape of Mohr-Columob failure envelope. Plastic hardening is based on an isotropic and kinematic hardening rule. The proposed model always causes plastic deformation during loading and reloading but it predicts elastic unloading. It is verified by capturing direct simple shear tests on loose Fraser River sand.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.7
no.1
s.23
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pp.63-70
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2007
To improve the land use of urban, Construction of the circular steel column is required recently. The circular steel columns have a advantage for improving a load carrying rapacity as wall as reducing a effective section area. However, the circular steel columns under service load, such as earthquake, shows a tendency to cause local buckling and large deformation. To prevent these phenomena, use of longitudinal stiffeners is considered. The application of longitudinal stiffeners at the circular steel columns is expected to increase a load carrying capacity, buckling strength and seismic performance of circular steel column. However, increasing the loading carving rapacity of buckling which constructed the longitudinal stiffeners, was not investigated yet. Therefore it needs study on effect of longitudinal stiffener in pipe-section steel pier. In this study, the load rallying capacity of buckling of steel pier was investigated by using elastic-plastic finite element analysis considered geometrical and material non-linearity. Also, this study investigated the effect of longitudinal stiffeners on loading carrying capacity of buckling and the relationship between width and thickness of longitudinal stiffeners. And also, a Influence of longitudinal stiffeners on seismic performance of circular steel columns was investigated by numerical analysis
Dynamic soil-pile interaction is the main concern in the design of group piles under earthquake loadings. The lateral resistance of the pile group under dynamic loading becomes different from that of a single pile due to the group pile effect. However, this aspect has not yet been properly studied for the pile group under seismic loading condition. Thus, in this study the group pile effect was evaluated by performing a series of dynamic centrifuge tests on $3{\times}3$ group pile in dry loose sand. The multiplier coefficients for ultimate lateral resistance and subgrade reaction modulus were suggested to obtain the p-y curve of the group pile. The suggested coefficients were verified by performing the nonlinear dynamic analyses, which adopted Beam on Nonlinear Winkler Foundation model. The predicted behavior of the pile group showed the reasonable agreement compared with the results of the centrifuge tests under sinusoidal wave and artificial wave.
Salonikios, Thomas N.;Sextos, Anastasios G.;Kappos, Andreas J.
Steel and Composite Structures
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v.13
no.6
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pp.571-586
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2012
The paper addresses some key issues related to the design of composite slabs with cold-formed profiled steel sheets. An experimental programme is first presented, involving six composite slab specimens tested with a view to evaluating Eurocode 4 (EC4) provisions on testing of composite slabs. In four specimens, the EC4-prescribed 5000 load cycles were applied using different load ranges resulting from alternative interpretations of the reference load $W_t$. Although the rationale of the application of cyclic loading is to induce loss of chemical bond between the concrete plate and the steel sheet, no such loss was noted in the tests for either interpretation of the range of load cycles. Using the recorded response of the specimens the values of factors m and k (related to interface shear transfer in the composite slab) were determined for the specific steel sheet used in the tests, on the basis of three alternative interpretations of the related EC4 provisions. The test results confirmed the need for a more unambiguous description of the m-k test and its interpretation in a future edition of the Code, as well as for an increase in the load amplitude range to be used in the cyclic loading tests, to make sure that the intended loss of bond between the concrete slab and the steel sheet is actually reached. The study also included the development of a special-purpose software that facilitates design of composite slabs; a parametric investigation of the importance of m-k values in slab design is presented in the last part of the paper.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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