Mohammad Rezaeian Pakizeh;Hossein Parastesh;Iman Hajirasouliha;Farhang Farahbod
Steel and Composite Structures
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제46권4호
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pp.497-512
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2023
Using light weight concrete as infill material in conventional cold-formed steel (CFS) shear wall systems can considerably increase their load bearing capacity, ductility, integrity and fire resistance. The compressive strength of the filler concrete is a key factor affecting the structural behaviour of the composite wall systems, and therefore, achieving maximum compressive strength in lightweight concrete while maintaining its lightweight properties is of significant importance. In this study a new type of optimum polystyrene lightweight concrete (OPLC) with high compressive strength is developed for infill material in composite CFS shear wall systems. To study the seismic behaviour of the OPLC-filled CFS shear wall systems, two full scale wall specimens are tested under cyclic loading condition. The effects of OPLC on load-bearing capacity, failure mode, ductility, energy dissipation capacity, and stiffness degradation of the walls are investigated. It is shown that the use of OPLC as infill in CFS shear walls can considerably improve their seismic performance by: (i) preventing the premature buckling of the stud members, and (ii) changing the dominant failure mode from brittle to ductile thanks to the bond-slip behaviour between OPLC and CFS studs. It is also shown that the design equations proposed by EC8 and ACI 318-14 standards overestimate the shear force capacity of OPLC-filled CFS shear wall systems by up to 80%. This shows it is necessary to propose methods with higher efficiency to predict the capacity of these systems for practical applications.
This paper deals with the experimental for manufacturing the lightweight buildng materials with portland cement, fly ash, slag, lime, gypsum, and aluminum powder system. Aluminum powder was added an aerating agent. Specific gravity range of lightweight concrete specimens were 0.6~0.9g/cm3. These specimens properties studied by means of specific gravity, compressive strength, absorption coefficient, transmission loss and scanning electron microscopy. Cellular concrete with maximum compressive strength was 41kgf/cm2 by obtained Al=0.05wt.%. Moreover, the aeration lightweight concrete showed excellent sound absorption properties.
We developed eco-friendly lightweight concrete in order to apply eco-friendly lightweight concrete into structural wall or slab of shallow depth urban railway system. However, since lightweight aggregate has different structural feature of porous and it has been overvalued at current KS standard when applied, we did compare the characteristics of freezing and thawing of normal weight aggregate concrete by comparative test method(KS, ASTM). According to test method, there was a big difference of dynamic elastic modulus in lightweight concrete rather than in normal weight aggregate concrete. The big absorption factor in lightweight aggregate is main reason for that. For more detail, in KS law in which only 14 days water curing is carried out, the big amount of moisture in lightweight aggregate is frozen and high heaving pressure occurs and finally that lead to destruction of lightweight concrete. Therefore, it is considered that in case of lightweight concrete, resistibility against freezing and thawing has been undervalued in domestic KS law compared to ASTM law, which is overseas standard. So, a variety of examination about testing criteria and rule would be necessary for exact assessment of lightweight concrete.
JK wall is a shear wall made of lightweight EPS mortar and reinforced with a 3-D galvanized steel mesh, called JK panel, and truss-like stiffeners, called JK stiffeners. Earlier studies have shown that low strength lightweight concrete has the potential to be used in structural elements. In this study, seismic contribution of the JK infill walls surrounded by steel frames is numerically investigated. Adopting a hybrid numerical model, behavior envelop of the wall is derived from the general purpose finite element software, Abaqus. Obtained backbone would be implemented in the professional analytical software, SAP2000, in which through calibrated hysteretic parameters, cyclic behavior of the JK infill can be simulated. Through comparison with earlier experimental results, it turned out that the proposed hybrid modeling can simulate monotonic and cyclic behavior of JK walls with good accuracy. JK infills have a panel-type configuration which their dominant failure mode would be ductile in flexure. Finally technical and economical advantages of the proposed JK infills are assessed for two representative multistory buildings. It is revealed that JK infills can reduce maximum inter-story drifts as well as residual drifts at the expense of minor increase in the developed base shear.
Autoclaved Lightweight Concrete(ALC) features such as a high performance insulation, the fire resistance, the advantage of easy handing construction, and lightweight panels applied the curtain wall system. ALC materials are certified as non-toxic environmental and eco-friendly productions. But ALC external panels mixed with blast furnace slag pounder and silica fume have to be coated with a stucco compound or plaster because of resisting the ambient environment. This study is that mixing tests to evaluate a performance analysis of exterior paints to be make-up pigments(organic or inorganic) coated with panel surface. Testing compared by KS F 2476; flow test, KS F 2426; compression strength test, KS F 2762; bond strength test. In results, the case of the inorganic binder, ratio of alumina cement : anhydrite is 90:10 to 80:20 at the highest level of intensity. In the case of the organic binder, adhesive strength rating at surface of ALC, the pullout strength is below 0.5 $N/mm^2$ but the normal concrete is over 2.0$N/mm^2$. A contents ratio of EVA resin is more than 3% and then bond strength is effectively.
본 논문에서 제시된 스터드-런너 골조형 벽체시스템은 일반구조용 각형강관(열간성형강)을 구조부재로 사용하여 벽체를 구성하고, 수평부재인 런너에 의해 보강되어 있기 때문에 스틸하우스와 비교하여 단위벽체의 내력성능 증가 및 좌굴에 대한 효율적 거동을 기대할 수 있으며, 또한 경량기포콘크리트를 충전함으로써 차음성능 및 단열의 효과를 기대할 수 있다. 이와 같은 시스템을 중 저층(3~5층)규모의 공동주택 및 사무실건물에까지 적용하기 위해, 런너의 설치간격과 경량기포콘크리트의 타설효과를 변수로 하여 실제규모의 단위벽체를 시험체로 제작하여 연직하중 및 수평하중에 대한 내력성능평가가 필요하다. 따라서, 본 논문에서는 경량기포콘크리트의 타설효과를 고려하여 연직하중에 대한 축내력성능평가와 수평하중에 대한 전단내력성능평가를 통해 스터드-런너 골조형 벽체시스템의 구조적성능을 분석하고자 한다.
According to the survey results of the Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs in the end of December 2011, the residential buildings was reported as 67.3% of 4,529,464 buildings. Reflected in the national energy policy, the residential building is expected that greater energy savings. To have realized the Passive House Project used the Autoclaved Lightweight Concrete(ALC) material on exterior wall, we take advantage of a very large energy savings. Therefore, this study investigate the patent documents of three major companies, SUMITOMO, CLION, ASAHI KASEI, in Japan. and analyze technical flow and benchmarking patent. As a result, the Sliding method or the Rocking method of ALC panels how to install is to be superior to high-performance drift and safety by a earthquake. And the embedded anchor in panel needs to improve the shape and the strength of bearing. Thus installation technology of the ALC exterior wall investigated in japanese patent documents is expected to the fastening units and anchors.
Steel-concrete-steel (SCS) sandwich composite wall has been proposed for building and offshore constructions. An ultra-lightweight cement composite with density1380 kg/m3 and compressive strength up to 60 MPa is used as core material and inter-locking J-hook connectors are welded on the steel face plates to achieve the composite action. This paper presents the numerical models using nonlinear finite element analysis to investigate the load displacement behavior of SCS sandwich walls subjected to axial compression. The results obtained from finite element analysis are verified against the test results to establish its accuracy in predicting load-displacement curves, maximum resistance and failure modes of the sandwich walls. The studies show that the inter-locking J-hook connectors are subjected to tension force due to the lateral expansion of cement composite core under compression. This signifies the important role of the interlocking effect of J-hook connectors in preventing tensile separation of the steel face plates so that the local buckling of steel face plates is prevented.
Prefabricated exterior wall panel is the main non-load-bearing component of assembly building, which affects the comprehensive performance of thermal insulation and durability of the building. It is of great significance to develop new prefabricated exterior wall panel with durable and lightweight characteristics for the development of energy-saving and assembly building. In the prefabricated sandwich insulation hanging wall panel, the selection of material for the outer layer and the arrangement of the connector of the inner and outer wall layers affect the mechanical performance and durability of the wall panels. In this paper, high performance cement-based composites (HPFRC) are used in the outer layer of the new type wall panel. FRP bars are used as the interface connector. Through experiments and analysis, the influence of the arrangement of connectors on the mechanical behaviors of thin-walled composite wall panel and the panel with window openings under two working conditions are investigated. The failure modes and the role of connectors of thin-walled composite wallboard are analyzed. The influence of the thickness of the wall layer and their combination on the strain growth of the control section, the initial crack resistance, the ultimate bearing capacity and the deformation of the wall panels are analyzed. The research work provides a technical reference for the engineering design of the light-weight thin-walled and durable composite sandwich wall panel.
최근 사용자의 다양성을 만족시키기 위한 평면의 가변성에 요구증대와 건축물의 수명증대를 위한 방안으로 공동주택의 구조형식이 기둥식 구조, 무량판 복합구조로 변화하고 있으며 이에 따라 공동주택의 경량벽체의 적용이 요구되고 있다. 이와 함께 벽체에 부착되는 제품의 사용이 급증하면서 이에 따른 경량벽체 부착물에 대한 하중저항성능에 대한 평가방법이 요구되고 있다. 이를 위해 국내에서는 아직 도입되지 않은 경량벽체 부착물에 대한 하중저항성능의 국외 시험방법에 대한 고찰 및 적용을 통하여 국내 실정에 맞는 시험장치를 제안하고 국내 사례조사를 통한 하중기준을 제안하여 경량벽체 부착물에 대한 하중저항성능 평가방법 개발을 위한 기초적인 자료로 제시하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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