Park, Yong-Myung;Joe, Woom-Do-Ji;Hwang, Min-Oh;Yoon, Tae-Yang
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.4A
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pp.417-429
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2008
This paper presents an experimental result to evaluate the redundancy in continuous span two plate-girder bridges which are generally classified as a non-redundant load path structure. The experiments were performed when one of the two girders is seriously cracked. To estimate the effects of bottom lateral bracing on the redundancy, the experiment variable was considered as the bottom lateral bracing, and two 1/5-scaled bridge specimens with and without lateral bracing system were fabricated. The ultimate loading tests were conducted on the damaged specimens with an induced crack at a girder in the side span. The test results showed that the load carrying capacity of damaged specimen with bracing was about 1.2 times higher than that without bracing. To evaluate the redundancy in each specimen, numerical analysis was performed to calibrate the difference of dead load between the actual bridge and the test specimens. When the dead load calibration is considered, the results showed that a continuous span two-girder bridges have a reasonable redundancy even without lateral bracing. Especially, the level of redundancy is increased by about 1.8 times when the lateral bracing is provided.
In eccentrically braced steel frames (EBFs), the links are fuse members which enter inelastic phase before other structure members and dissipate the seismic energy. Based on the force-based seismic design method, damages and plastic deformations are limited to the links, and the main structure members are required tremendous sizes to ensure elastic with limited or no damage. Force-based seismic design method is very common and is found in most design codes, it is unable to determine the inelastic response of the structure and the damages of the members. Nowadays, methods of seismic design are emphasizing more on performance-based seismic design concept to have a more realistic assessment of the inelastic response of the structure. Links use ordinary steel Q345 (the nominal yielding strength $f_y{\geq}345MPa$) while other members use high strength steel (Q460 $f_y{\geq}460MPa$ or Q690 $f_y{\geq}690MPa$) in eccentrically braced frames with high strength steel combination (HSS-EBFs). The application of high strength steels brings out many advantages, including higher safety ensured by higher strength in elastic state, better economy which results from the smaller member size and structural weight as well as the corresponding welding work, and most importantly, the application of high strength steel in seismic fortification zone, which is helpful to popularize the extensive use of high strength steel. In order to comparison seismic behavior between HSS-EBFs and ordinary EBFs, on the basis of experimental study, four structures with 5, 10, 15 and 20 stories were designed by PBSD method for HSS-EBFs and ordinary EBFs. Nonlinear static and dynamic analysis is applied to all designs. The loading capacity, lateral stiffness, ductility and story drifts and failure mode under rare earthquake of the designs are compared. Analyses results indicated that HSS-EBFs have similar loading capacity with ordinary EBFs while the lateral stiffness and ductility of HSS-EBFs is lower than that of EBFs. HSS-EBFs and ordinary EBFs designed by PBSD method have the similar failure mode and story drift distribution under rare earthquake, the steel weight of HSS-EBFs is 10%-15% lower than ordinary EBFs resulting in good economic efficiency.
Mohammadi, Masoud;Kafi, Mohammad A.;Kheyroddin, Ali;Ronagh, Hamid R.
Steel and Composite Structures
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v.36
no.2
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pp.163-177
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2020
Concentrically Braced Frames (CBFs) are commonly used in the construction of steel structures because of their ease of implementation, rigidity, low lateral displacement, and cost-effectiveness. However, the principal disadvantage of this kind of braced frame is the inability to provide deformation capacity (ductility) and buckling of bracing elements before yielding. This paper aims to present a novel Composite Buckling Restrained Fuse (CBRF) to be utilized as a bracing segment in concentrically braced frames that allows higher ductility and removes premature buckling. The proposed CBRF with relatively small dimensions is an enhancement on the Reduced Length Buckling Restrained Braces (RL-BRBs), consists of steel core and additional tensile elements embedded in a concrete encasement. Employing tensile elements in this composite fuse with a new configuration enhances the energy dissipation efficiency and removes the tensile strength limitations that exist in bracing elements that contain RL-BRBs. Here, the optimal length of the CBRF is computed by considering the anticipated strain demand and the low-cyclic fatigue life of the core under standard loading protocol. An experimental program is conducted to explore the seismic behavior of the suggested CBRF compare with an RL-BRB specimen under gradually increased cyclic loading. Moreover, Hysteretic responses of the specimens are evaluated to calculate the design parameters such as energy dissipation potential, strength adjustment factors, and equivalent viscous damping. The findings show that the suggested fuse possess a ductile behavior with high energy absorption and sufficient resistance and a reasonably stable hysteresis response under compression and tension.
Huang, Zhi;Jiang, Li-Zhong;Chen, Y. Frank;Luo, Yao;Zhou, Wang-Bao
Steel and Composite Structures
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v.26
no.6
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pp.719-731
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2018
Concrete filled steel tubular (CFST) laced columns have been widely used in high rise buildings in China. Compared to solid-web columns, this type of columns has a larger cross-section with less weight. In this paper, four concrete filled steel tubular laced columns consisting of 4 main steel-concrete tubes were tested under cyclic loading. Hysteresis and failure mechanisms were studied based on the results from the lateral cyclic loading tests. The influence of each design parameter on restoring forces was investigated, including axial compression ratio, slenderness ratio, and the size of lacing tubes. The test results show that all specimens fail in compression-bending-shear and/or compression-bending mode. Overall, the hysteresis curves appear in a full bow shape, indicating that the laced columns have a good seismic performance. The bearing capacity of the columns decreases with the increasing slenderness ratio, while increases with an increasing axial compression ratio. For the columns with a smaller axial compression ratio (< 0.3), their ductility is increased. Furthermore, with the increasing slenderness ratio, the yield displacement increases, the bending failure characteristic is more obvious, and the hysteretic loops become stouter. The results obtained from the numerical analyses were compared with the experimental results. It was found that the numerical analysis results agree well with the experimental results.
Abd El Fattah, Ahmed M.;Rasheed, Hayder A.;Al-Rahmani, Ahmed H.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.11
no.1
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pp.135-149
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2017
The prediction of the actual ultimate capacity of confined concrete columns requires partial confinement utilization under eccentric loading. This is attributed to the reduction in compression zone compared to columns under pure axial compression. Modern codes and standards are introducing the need to perform extreme event analysis under static loads. There has been a number of studies that focused on the analysis and testing of concentric columns. On the other hand, the augmentation of compressive strength due to partial confinement has not been treated before. The higher eccentricity causes smaller confined concrete region in compression yielding smaller increase in strength of concrete. Accordingly, the ultimate eccentric confined strength is gradually reduced from the fully confined value $f_{cc}$ (at zero eccentricity) to the unconfined value $f^{\prime}_c$ (at infinite eccentricity) as a function of the ratio of compression area to total area of each eccentricity. This approach is used to implement an adaptive Mander model for analyzing eccentrically loaded columns. Generalization of the 3D moment of area approach is implemented based on proportional loading, fiber model and the secant stiffness approach, in an incremental-iterative numerical procedure to achieve the equilibrium path of $P-{\varepsilon}$ and $M-{\varphi}$ response up to failure. This numerical analysis is adapted to assess the confining effect in rectangular columns confined with conventional lateral steel. This analysis is validated against experimental data found in the literature showing good correlation to the partial confinement model while rendering the full confinement treatment unsafe.
When a lateral load is applied to a short pile whose embedded depth is relatively smaller than its diameter, an overturning failure occurs. To investigate the behavior of laterally loaded short piles, several model tests in laboratory scales had been carried out, however the behavior of large moment carrying piles for electric poles, traffic sign and road lamp, etc. have not been revealed yet. This paper deals with the real-scale load tests for 750 mm diameter short piles. To simulate the actual loading condition, very large moment was mobilized by applying lateral loads to the location 8 m away from the pile head. Three load tests changing the pile embedded lengths to 2.0 m, 2.5 m, and 3.0 m were carried out. The test piles overturned abruptly with very small displacement and rotation before the failures. These brittle failures are in contrast with the ductile failures shown in the former model tests with the relatively smaller moment to lateral load ratio. Comparisons of the test results with three existing methods for the estimation of the ultimate lateral capacity show that the method assuming the rotation point at pile tip matches well when the embedded depth is small, however, as the embedded depth increases the other two methods assuming the inversion of soil pressure with respect to rotation points in pile length match better.
Many studies reveal that during destructive earthquakes, most of the structures enter the inelastic phase. The amount of hysteretic energy in a structure is considered as an important criterion in structure design and an important indicator for the degree of its damage or vulnerability. The hysteretic energy value wasted after the structure yields is the most important component of the energy equation that affects the structures system damage thereof. Controlling this value of energy leads to controlling the structure behavior. Here, for the first time, the hysteretic behavior and energy dissipation capacity are assessed at presence of elliptical braced resisting frames (ELBRFs), through an experimental study and numerical analysis of FEM. The ELBRFs are of lateral load systems, when located in the middle bay of the frame and connected properly to the beams and columns, in addition to improving the structural behavior, do not have the problem of architectural space in the bracing systems. The energy dissipation capacity is assessed in four frames of small single-story single-bay ELBRFs at ½ scale with different accessories, and compared with SMRF and X-bracing systems. The frames are analyzed through a nonlinear FEM and a quasi-static cyclic loading. The performance features here consist of hysteresis behavior, plasticity factor, energy dissipation, resistance and stiffness variation, shear strength and Von-Mises stress distribution. The test results indicate that the good behavior of the elliptical bracing resisting frame improves strength, stiffness, ductility and dissipated energy capacity in a significant manner.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.18
no.3
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pp.1-9
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2014
Improving the earthquake resistance of buildings through seismic retrofitting using steel braces can result in brittle failure at the connection between the brace and the building, as well as buckling failure of the braces. In this study, a non-compression cross-bracing system using the Carbon Fiber Composite Cable (CFCC), which consists of CFCC bracing and bolt connection was proposed to replace the conventional steel bracing. This paper presented the seismic resistance of a reinforced concrete frame strengthened using CFCC X-bracing. Cyclic loading tests were carried out, and the maximum load carrying capacity and ductility were investigated, together with hysteresis of the lateral load-drift relations. Test results revealed that the CFCC X-bracing system installed RC frames enhanced markedly the strength capacity and no buckling failure of the bracing was observed.
Choi, Seung-Ho;Hwang, Jin-Ha;Lee, Deuck Hang;Kim, Kang Su;Kwon, Yong-Keun;Kim, Kil-Hee
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.27
no.4
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pp.451-458
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2015
The infill-wall strengthening method has been widely used for the seismic performance enhancement of the conventional reinforced concrete (RC) frame structures with non-seismic detail, which is one of the promising techniques to secure the high resisting capacity against lateral forces induced by earthquake. During the application of the infill-wall strengthening method, however, it often restricts the use of the structure. In addition, it is difficult to cast the connection part between the wall and the frame, and also difficult to ensure the shear resistance performances along the connection. In this study, an advanced strengthening method using the externally-anchored precast wall-panel (EPCW) was proposed to overcome the disadvantages of the conventional infill-wall strengthening method. The one-third scaled four RC frame specimens were fabricated, and the cyclic loading tests were conducted to verify the EPCW strengthening method. The test results showed that the strength, lateral stiffness, energy dissipation capacity of the RC frame structures strengthened by the proposed EPCW method were significantly improved compared to the control test specimen.
Park, Hong-Gun;Lee, Jae-Hoon;Shin, Hyun-Mock;Baek, Jang-Woon
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.25
no.6
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pp.601-612
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2013
In the construction of nuclear power plants using massive walls, the use of high-strength re-bars for shear design is necessary to enhance the constructability and economy. In this study, low-rise walls (aspect ratio of 1.0) with grade 550 MPa bars were tested under cyclic loading to investigate the shear capacity and deformation capacity. The test parameters were the grade of horizontal re-bars (550 MPa, 420 MPa), strength of concrete compressive strength (46 MPa, 70 MPa), horizontal/vertical reinforcement ratio, use of lateral confinement hoops, shape of cross section, and failure modes (shear failure before or after flexural yielding). The test results were compared with those of walls with grade 420 MPa bars and predicted strength by current design codes. The results showed that the shear strength of the walls with 550 MPa bars was comparable to that of the walls with 420 MPa bars though the safe margin slightly decreased. ACI 349 provides underestimated shear strength for the walls with 550 MPa bars. In case of the wall with flexural yielding, a large deformation capacity was achieved. This result indicates that the ACI 349 provisions can be safely applied to seismic design of the low-rise walls (aspect ratio of 1.0) with grade 550 MPa bars.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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