Picon-Rodriguez, Ricardo;Quintero-Febres, Carlos;Florez-Lopez, Julio
Structural Engineering and Mechanics
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제26권5호
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pp.569-589
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2007
This paper presents an analytical model for RC beam-column connections that takes into account bond deterioration between reinforcing steel and concrete. The model is based on the Lumped Damage Mechanics (LDM) theory which allows for the characterization of cracking, degradation and yielding, and is extended in this paper by the inclusion of the slip effect as observed in those connections. Slip is assumed to be lumped at inelastic hinges. Thus, the concept of "slip hinge", based on the Coulomb friction plasticity theory, is formulated. The influence of cracking on the slip behavior is taken into account by using two concepts of LDM: the effective moment on an inelastic hinge and the strain equivalence hypothesis. The model is particularly suitable for wide beam-column connections for which bond deterioration dominates the hysteretic response. The model was evaluated by the numerical simulation of five tests reported in the literature. It is found that the model reproduces closely the observed behavior.
A Genetic Algorithm (hereinafter GA) based optimum design algorithm and program for plane steel frames with partially restrained connections is presented. The algorithm was incorporated with the refined plastic hinge analysis method, in which geometric nonlinearity was considered by using the stability functions of beam-column members and material nonlinearity was considered by using the gradual stiffness degradation model that included the effects of residual stress, moment redistribution by the occurrence of plastic hinges, partially restrained connections, and the geometric imperfection of members. In the genetic algorithm, a tournament selection method and micro-GAs were employed. The fitness function for the genetic algorithm was expressed as an unconstrained function composed of objective and penalty functions. The objective and penalty functions were expressed, respectively, as the weight of steel frames and the constraint functions which account for the requirements of load-carrying capacity, serviceability, ductility, and construction workability. To verify the appropriateness of the present method, the optimum design results of two plane steel frames with fully and partially restrained connections were compared.
Kara, Ilker Fatih;Ashour, Ashraf F.;Dundar, Cengiz
Structural Engineering and Mechanics
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제63권5호
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pp.669-681
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2017
The design of reinforced concrete buildings must satisfy the serviceability stiffness criteria in terms of maximum lateral deflections and inter story drift in order to prevent both structural and non-structural damages. Consideration of plastic hinge formation is also important to obtain accurate failure mechanism and ultimate strength of reinforced concrete frames. In the present study, an iterative procedure has been developed for the analysis of reinforced concrete frames with cracked elements and consideration of plastic hinge formation. The ACI and probability-based effective stiffness models are used for the effective moment of inertia of cracked members. Shear deformation effect is also considered, and the variation of shear stiffness due to cracking is evaluated by reduced shear stiffness models available in the literature. The analytical procedure has been demonstrated through the application to three reinforced concrete frame examples available in the literature. It has been shown that the iterative analytical procedure can provide accurate and efficient predictions of deflections and ultimate strength of the frames studied under lateral and vertical loads. The proposed procedure is also efficient from the viewpoint of computational time and convergence rate. The developed technique was able to accurately predict the locations and sequential development of plastic hinges in frames. The results also show that shear deformation can contribute significantly to frame deflections.
In this paper, numerical and experimental assessments have been conducted in order to investigate the capability of using CFRP for the seismic capacity improvement and relocation of plastic hinge in reinforced concrete connections. Two scaled down exterior reinforced concrete beam to column connections have been used. These two connections from a strengthened moment frame have been tested under uniformly distributed load before and after optimization. The results of experimental tests have been used to verify the accuracy of numerical modeling using computational ABAQUS software. Application of FRP plate on the web of the beam in connections to improve its capacity is of interest in this paper. Several parametric studies were carried out for CFRP reinforced samples, with different lengths and thicknesses in order to relocate the plastic hinge away from the face of the column.
Well-designed steel moment connections will undergo local buckling before they exhaust their available rotation capacity, and inelastic post-buckling deformation plays a major role in defining the connection rotation capacity. An approximate analytical method to model strength degradation and failure of beam plastic hinges due to local buckling and estimation of the seismic rotation capacity of fully restrained beam-column connections in special steel moment-resisting frames under both monotonic and cyclic loading conditions is proposed in this study. This method is based on the plastic mechanism and a yield line plastic hinge (YLPH) model whose geometry is determined using the shapes of the buckled plastic hinges observed in experiments. The proposed YLPH model was developed for the improved WUF-W and RBS connections and validated in comparison with experimental data. The effects of the beam section geometric parameters on the rotation capacity were discussed in the companion paper (parametric studies).
Park Young Ho;Kim Se Hun;Choi Seung Won;Oh Byung Hwan
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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한국콘크리트학회 2005년도 추계 학술발표회 제17권2호
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pp.17-20
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2005
Moment-curvature relation of RC pier is influenced greatly in occurrence form of crack and difference is happened according to consideration existence and nonexistence of tension stiffening effect. However, studies considering these is very insufficient misgovernment. Also, it is sometimes unavoidable lap splice of axial reinforcement in plastic hinge region of RC piers. However, specific design standard about lap splice of axial reinforcement is unprepared real condition and study about effect that lap splice of axial reinforcement get in occurrence form of crack is insufficient misgovernment. Therefore, in this paper, experiments are performed with hollow RC piers that do lap splice of axial reinforcement by main variable. And this study present analytical method about moment-curvature relation of hollow RC pier that consider tension stiffening effect and analyze effect that lap splice of axial reinforcement gets in occurrence form of crack. Analytic method of moment-curvature relation of RC pier that present in this study shows very similar motion with experiment result and crack interval of RC pier is suffering dominate impact in the augmented reinforcement amount by lap splice and average crack interval decreases as lap splice ratio increases.
The seismic vulnerability analysis of multi-span bridges can be based on the response of the piers, provided that deck, bearings and foundations remain elastic. The lateral response of an RC bridge pier can be affected by different mechanisms (i.e., flexure, shear, lap-splice or buckling of the longitudinal reinforcement bars, second order effects). In the literature, simplified formulations are available for mechanisms different from the flexure. On the other hand, the flexural response is usually calculated with a numerically-based Moment-Curvature diagram of the base section and equivalent plastic hinge length. The goal of this paper is to propose a simplified analytical solution to obtain the Moment-Curvature relationship for hollow circular RC sections. This based on calibrated polynomials, fitted against a database comprising 720 numerical Moment-Curvature analyses. The section capacity curve is defined through the position of 6 characteristic points and they are based on four input parameters: void ratio of the hollow section, axial force ratio, longitudinal reinforcement ratio, transversal reinforcement ratio. A case study RC bridge pier is assessed with the proposed solution and the results are compared to a refined numerical FEM analysis, showing good match.
This paper investigates the effects of confinement reinforcement and concrete strength on nonlinear behaviour of reinforced concrete buildings (RC). For numerical application, an eleven-storey and four bays reinforced concrete frame building is selected. Nonlinear incremental static (pushover) analyses of the building are performed according to various concrete strengths and whether appropriate confinement reinforcement, which defined in Turkish seismic code, exists or not at structural elements. In nonlinear analysis, distributed plastic hinge model is used. As a result of analyses, capacity curves of the frame building and moment-rotation curves at lower end sections of ground floor columns are determined. These results are compared with each other according to concrete strength and whether appropriate confinement reinforcement exists or not, respectively. According to results, it is seen that confinement reinforcement is important factor for increasing of building capacity and decreasing of rotations at structural elements.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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한국전산구조공학회 1998년도 가을 학술발표회 논문집
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pp.133-140
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1998
Material nonlinear analyses of RC(Reinforced Concrete) beams considering the tension stiffening effect and plastic hinge length have been conducted. Instead of taking the sophisticated layer approach which has some limitations in application to the large structures with many degrees of freedom. the moment-curvature relationships of RC sections previously constructed through the section analysis have been used. To reduce the numerical instability in nonlinear analysis and to remove the imprecision in calculation of ultimate resisting capacity, according to the used finite element mesh size, the tension stiffening effect and plastic hinge length have been taken into consideration. Finally, correlation studies between analytical and experimental results have been conducted with the objective to establish the validity of the proposed algorithms.
This paper presents an analytical study aimed at evaluating the seismic performance of steel moment resisting frames (MRFs) retrofitted with different approaches. For this, 3, 6 and 12 storey MRFs having four equal bays of 5 m were selected as the case study models. The models were designed with lateral stiffness insufficient to satisfy code drift and hinge limitations in zones with high seismic hazard. Three different retrofit strategies including traditional diagonal bracing system and energy dissipation devices such as buckling restrained braces and viscoelastic dampers were used for seismic upgrading of the existing structures. In the nonlinear time history analysis, a set of ground motions representative of the design earthquake with 10% exceedance probability in fifty years was taken into consideration. Considering the local and global deformations, the results in terms of inter-storey drift index, global damage index, plastic hinge formations, base shear demand and roof drift time history were compared. It was observed that both buckling-restrained braces and viscoelastic dampers allowed for an efficient reduction in the demands of the upgraded frames as compared to traditional braces.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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