Four full-scaled partially confined and unconfined masonry panels were tested with monotonic lateral loads. To study the effects of vertical force and boundary columns, two specimens with no boundary columns were subjected to different vertical forces, while two wing-wall specimens had the column placed eccentrically and in the middle, respectively. The specimens with no boundary columns exhibited ductile rocking behavior, where the lateral strength increased with increasing vertical compression. The wing-wall specimens with columns behaved as strut-and-tie systems. The column-panel interaction resulted in greater strength, lower deformation capacity and differences in failure modes. A comparison with analytical models showed that rocking strength can be accurately estimated using vertical force and the panel aspect ratio for panels with no boundary columns. The estimation for lateral strength on the basis of a panel section area indicated scattered error for wing-wall specimens.
Reinforced concrete (RC) shear walls are one of the most commonly used lateral-load resisting systems in high-rise buildings. RC Parallel redundancy walls studied herein consist of two parts nested to each other. These two parts have different mechanical behaviors and energy dissipation mechanisms. In this paper, experimental studies of four 1/2-scale specimens representing this concept, which are subjected to in-plane cyclic loading, are presented and test results are discussed. Two specimens consist of a wall frame with barbell-shaped walls embedded in it, and the other two consist of a wall frame and braced walls nested each other. The research mainly focuses on the failure mechanism, strength, hysteresis loop, energy dissipation capacity and stiffness of these walls. Results show that the RC parallel redundancy wall is an efficient lateral load resisting component that acts as a "dual" system with good ductility and energy dissipation capacity. One main part absorbs a greater degree of the energy exerted by an earthquake and fails first, whereas the other part can still behave as an independent role in bearing loads after earthquakes.
Kim, Hyeon Jin;Hwang, Hyeon Jong;Park, Hong Gun;Kim, Dong Kwan;Yang, Jong Min
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.29
no.2
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pp.147-158
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2017
The present study focused on the structural performance of newly developed prefabricated composite columns (PSRC composite column) using bolt-connected steel angles. Concentric axial loading tests were performed for four 2/3 scaled PSRC column specimens and two conventional SRC column specimens. The test parameters were the spacing and sectional configurations of lateral reinforcement, and width-to-thickness ratio of steel angles. The test results showed that the axial load-carrying capacity and deformation capacity of the PSRC column specimens were comparable to those of the conventional SRC column specimens. Closely spaced steel plates and Z-shaped steel plates for lateral reinforcement increased the deformation capacity of the PSRC column specimens. The load-carrying capacity was greater than the prediction by current design codes. Numerical analysis was performed for the specimens. The results agreed well with the test results in terms of initial stiffness, load-carrying capacity, except for strength degradation due to cover concrete spalling.
An understanding of soil-structure interaction is the key to rational and economical design for laterally loaded drilled shafts. It is very difficult to formulate the ultimate lateral capacity into a general equation because of the inherent soil nonlincarity, nonhomogeneity, and complexity enhanced by the three dimensional and asymmetric nature of the problem though extensive research works on the behavior of deep foundations subjected to lateral loads have been conducted for several decades. This study reviews the four most well known methods (i.e., Reese, Broms, Hansen, and Davidson) among many design methods according to the specific site conditions, the drilled shaft geometric characteristics (D/B ratios), and the loading conditions. And the hyperbolic lateral capacities (H$_h$) interpreted by the hyperbolic transformation of the load-displacement curves obtained from model tests carried out as a part of this research have been compared with the ultimate lateral capacities (Hu) predicted by the four methods. The H$_u$ / H$_h$ ratios from Reese's and Hansen's methods are 0.966 and 1.015, respectively, which shows both the two methods yield results very close to the test results. Whereas the H$_u$ predicted by Davidson's method is larger than H$_h$ by about $30\%$, the C.0.V. of the predicted lateral capacities by Davidson is the smallest among the four. Broms' method, the simplest among the few methods, gives H$_u$ / H$_h$ : 0.896, which estimates the ultimate lateral capacity smaller than the others because some other resisting sources against lateral loading are neglected in this method. But it results in one of the most reliable methods with the smallest S.D. in predicting the ultimate lateral capacity. Conclusively, none of the four can be superior to the others in a sense of the accuracy of predicting the ultimate lateral capacity. Also, regardless of how sophisticated or complicated the calculating procedures are, the reliability in the lateral capacity predictions seems to be a different issue.
A low-cycle loading experiment of 16 transfer column specimens was conducted to study the influence of parameters, likes the extension length of shape steel, the ratio of shape steel, the axial compression ratio and the volumetric ratio of stirrups, on the shear distribution between steel and concrete, the concrete damage state and the degradation of lateral stiffness. Shear force of shape steel reacted at the core area of concrete section and led to tension effect which accelerated the damage of concrete. At the same time, the damage of concrete diminished its shear capacity and resulted in the shear enlargement of shape steel. The interplay between concrete damage and shear force of shape steel ultimately made for the failures of transfer columns. With the increase of extension length, the lateral stiffness first increases and then decreases, but the stiffness degradation gets faster; With the increase of steel ratio, the lateral stiffness remains the same, but the degradation gets faster; With the increase of the axial compression ratio, the lateral stiffness increases, and the degradation is more significant. Using more stirrups can effectively restrain the development of cracks and increase the lateral stiffness at the yielding point. Also, a formula for calculating the yielding lateral stiffness is obtained by a regression analysis of the test data.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.5
no.4
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pp.83-95
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2001
Scale model tests were performed to investigate the seismic behavior and capacity of reinforced concrete piers that were not detailed for seismic load. The prototype pier is of solid circular section. Additional lateral reinforcing bars were not provided that might be required for the confinement. Two kinds of reinforcement details are considered for the vertical longitudinal reinforcing bars: lap spliced and continuous. In the case of lap spliced model all the longitudinal bars were lap spliced at the same height in the bottom plastic hinge zone. Three specimens were constructed and subjected to quasi-static cyclic lateral loading while the vertical load held constant. Non-ductile failure modes were observed in the test of lap spliced models but limited ductile behavior was observed in the test of a continuous longitudinal reinforcement model.
Sung, Han Suk;Ahn, Seong Ryong;Park, Si Young;Kang, Thomas H.-K.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.27
no.1
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pp.37-47
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2023
A new clamped mechanical splice system was proposed to develop structural performance and constructability for precast concrete connections. The proposed mechanical splice resists external loading immediately after the engagement. The mechanical splices applicable for both large-scale rebars for plants and small-scale rebars for buildings were developed with the same design concept. Quasi-static lateral cyclic loading tests were conducted with reinforced and precast concrete members to verify the seismic performance. Also, shaking table tests with three types of seismic wave excitation, 1) random wave with white noise, 2) the 2016 Gyeongju earthquake, and 3) the 1999 Chi-Chi earthquake, were conducted to confirm the dynamic performance. All tests were performed with real-scale concrete specimens. Sensors measured the lateral load, acceleration, displacement, crack pattern, and secant system stiffness, and energy dissipation was determined by lateral load-displacement relation. As a result, the precast specimen provided the emulative performance with RC. In the shaking table tests, PC frames' maximum acceleration and displacement response were amplified 1.57 - 2.85 and 2.20 - 2.92 times compared to the ground motions. The precast specimens utilizing clamped mechanical splice showed ductile behavior with energy dissipation capacity against strong motion earthquakes.
8 steel reinforced concrete (SRC) columns with the encased steel ratio of 13.12% and 15.04% respectively were tested under the test axial load ratio of 0.33-0.80 and the low-frequency cyclic lateral loading. The cross sectional area of composite columns was $500mm{\times}500mm$. The mechanical properties, failure modes and deformabilities were studied. All the specimens produced flexure failure subject to combined axial force, bending moment and shear. Force-displacement hysteretic curves, strain curves of encased steels and rebars were obtained. The interaction behavior of encased steel and concrete were verified. The hysteretic curves of columns were plump in shapes. Hysteresis loops were almost coincident under the same levels of lateral loading, and bearing capacities did not change much, which indicated that the columns had good energy-dissipation performance and seismic capacity. Based on the equilibrium equation, the suggested practical calculation method could accurately predict the flexural strength of SRC columns with cross-shaped section encased steel. The obtained M-N curves of SRC columns can be used as references for further studies.
Sangwook Park;Patricia Clayton;Todd A. Helwig;Michael D. Engelhardt;Eric B. Williamson
Steel and Composite Structures
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v.51
no.5
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pp.563-573
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2024
This research experimentally evaluated the local stress distribution along the cross-section of composite beams under both positive and negative moments. The experiment utilized a large-scale, two-story, two-by-three bay steel gravity frame with a concrete on metal deck floor system. The composite shear connections, which are nominally assumed to be pinned under gravity loading, can develop non-negligible moment-resisting capacity when subjected to lateral loads. This paper discusses the local stress distribution, orshear lag effects, observed near the beam-to-column connections when subjected to combined gravity and lateral loading. Strain gauges were used for measurements along the beam depth at varying distances from the connection. The experimental data showed amplified shear lag effects near the unconnected region of the beam web and bottom flange under the applied loading conditions. These results indicate that strain does not vary linearly across the beam cross-section adjacent to the connection components. This insight has implications for the use of experimental strain gauge data in estimating beam demands near the connections. These findings can be beneficial in informing instrumentation plans for future experimental studies on composite beams.
The frame structures investigated in this paper is composed of Concrete encased columns with L-shaped steel section and steel beams. The seismic behavior of this structural system is studied through experimental and numerical studies. A 2-bay, 3-story and 1/3 scaled frame specimen is tested under constant axial loading and cyclic lateral loading applied on the column top. The load-displacement hysteretic loops, ductility, energy dissipation, stiffness and strength degradation are investigated. A typical failure mode is observed in the test, and the experimental results show that this type of framed structure exhibit a high strength with good ductility and energy dissipation capacity. Furthermore, finite element analysis software Perform-3D was conducted to simulate the behavior of the frame. The calculating results agreed with the test ones well. Further analysis is conducted to investigate the effects of parameters including concrete strength, column axial compressive force and steel ratio on the seismic performance indexes, such as the elastic stiffness, the maximum strength, the ductility coefficient, the strength and stiffness degradation, and the equivalent viscous damping ratio. It can be concluded that with the axial compression ratio increasing, the load carrying capacity and ductility decreased. The load carrying capacity and ductility increased when increasing the steel ratio. Increasing the concrete grade can improve the ultimate bearing capacity of the structure, but the ductility of structure decreases slightly.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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