Commonly in steel frames, steel beam and concrete slab are connected together by shear keys to work as a unit member which is called composite beam. When a composite beam is subjected to positive bending, flexural strength and stiffness of the beam can be increased due to "composite action". At the same time despite these advantages, composite action increases the strain at the beam bottom flange and it might affect beam plastic rotation capacity. This paper presents results of study on the rotation capacity of composite beam connected to Rectangular Hollow Section (RHS) column in the steel moment resisting frame buildings. Due to out-of-plane deformation of column flange, moment transfer efficiency of web connection is reduced and this results in reduction of beam plastic rotation capacity. In order to investigate the effects of width-to-thickness ratio (B/t) of RHS column on the rotation capacity of composite beam, cyclic loading tests were conducted on three full scale beam-to-column subassemblies. Detailed study on the different steel beam damages and concrete slab damages are presented. Experimental data showed the importance of this parameter of RHS column on the seismic behavior of composite beams. It is found that occurrence of severe concrete bearing crush at the face of RHS column of specimen with smaller width-to-thickness ratio resulted in considerable reduction on the rate of strain increase in the bottom flange. This behavior resulted in considerable improvement of rotation capacity of this specimen compared with composite and even bare steel beam connected to the RHS column with larger width-to-thickness ratio.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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한국콘크리트학회 2006년도 춘계학술발표회 논문집(I)
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pp.126-129
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2006
A bending moment $M_u$ transferred at slab-column connection is resisted at the slab critical section by flexure and shear. The ACI 318-05 Building Code(1) gives an empirical equation for the fraction ${\gamma}_{\upsilon}$ of the moment $M_u$ to be transferred by shear at the slab critical section at d/2 from the column face and also the effective wide(c+3h). The equation is based on tests of interior slab-column connections without shear reinforcement. In order to investigate the data eight test specimens were examined. The test shows that increased slab load substantially reduces both the unbalanced moment capacity and the lateral drift capacity of the connection. Especially, the specimens with the bottom reinforcement existence and nonexistence, appears remarkable differences. Studies also show that the code equation for ${\gamma}_{\upsilon}$ does not apply to all cases. The purpose of this study is to compare the test results with present ACI 318-05 Building Code provisions for design of slab-column connections and with the analysis of the experimental data for a new limitation of strength equation without shear reinforcement and bottom reinforcement.
In this paper, the incremental nonlinear dynamic analysis is used to evaluate the seismic performance of steel moment frame structures. To this purpose, three special moment frame structure with 5, 10 and 15 stories are designed according to the Iran's national building code for steel structures and the provisions for design of earthquake resistant buildings (2800 code). Incremental Nonlinear Analysis (IDA) is performed for 15 different ground motions, and responses of the structures are evaluated. For the immediate occupancy and the collapse prevention performance levels, the probability that seismic demand exceeds the seismic capacity of the structures is computed based on FEMA350. Also, fragility curves are plotted for three high-code damage levels using HASUS provisions. Based on the obtained results, it is evident that increase in the height of the frame structures reduces the reliability level. In addition, it is concluded that for the design earthquake the probability of exceeding average collapse prevention level is considerably larger than high and full collapse prevention levels.9.
The aim of this experimental research is to investigate the conformity of the four-bolt unstiffened moment end-plate connections consisting of European steel sections which do not meet the limitations specified for beam flange width and overall beam depth in ANSI/AISC 358-10 to the requirements of seismic application. However, the connections are satisfactory with the limitations required by Turkish Earthquake Code. For this purpose, four test specimens were designed and cyclic load was applied to three specimens while one was tested under monotonic loading to provide data for the calibration of the analytical models. The moment-rotation hysteresis loops and the failure modes for all test specimens are presented. A full three-dimensional finite element model is also developed for each test specimen for use to predict their behavior and to provide a tool for generating subsequent extensive parametric studies. The test results show that all specimens performed well in terms of rotation capacity and strength. Finite element models are found to be capable of approximating the cyclic behavior of the extended end-plate connection specimens.
Five two-span reinforced concrete (RC) slabs and seven two-span RC beams were tested under the ISO 834 standard fire with different durations. CFRP strengthening was then applied to some of the specimens after the damaged concrete was removed from the specimens and replaced with polymer mortar. All the specimens were loaded to failure to investigate the influence of fire-damage and the effectiveness of strengthening methods. Test results indicated that the flexural capacities of specimens decrease with the fire duration increases. Moreover, fire exposure had more significant effect on the flexural rigidity than on the bearing capacity of the specimens. After rehabilitation, the bearing capacities of specimens reached or even exceeded that of the reference RC specimen, and the strengthening methods seemed to have limited effect on flexural rigidity recovery. From the analysis of moment redistribution of tested beams, elevated temperature is found having different impacts on sagging moment region and hogging moment region. The damage of RC continuous member is definitely a comprehensive response of different regions.
Nowadays, one of the practical, fast and easy ways to strengthen steel elements is the use of Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP). Most previous research in the CFRP strengthening of steel members has carried out on straight steel members. The main difference between horizontal curved beams and straight beams under vertical load is the presence of torsional moment in the horizontal curved beams. In the other words, the horizontal curved beams are analyzed and designed for simultaneous internal forces included bending moment, torsional moment, and shear force. The horizontal curved steel beams are usually used in buildings, bridges, trusses, and others. This study explored the effect of the CFRP strengthening on the behavior of the horizontal curved square hollow section (SHS) steel beams. Four specimens were analyzed, one non-strengthened curved steel beam as a control column and three horizontal curved steel beams strengthened using CFRP sheets (under concentrated load and uniform distributed load). To analyze the horizontal curved steel beams, three dimensional (3D) modeling and nonlinear static analysis methods using ANSYS software were applied. The results indicated that application of CFRP sheets in some specific locations of the horizontal curved steel beams could increase the ultimate capacity of these beams, significantly. Also, the results indicated when the horizontal curved steel beams were under distributed load, the increase rate in the ultimate capacity was more than in the case when these beams were under concentrated load.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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한국콘크리트학회 2008년도 추계 학술발표회 제20권2호
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pp.221-224
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2008
A secant stiffness linear analysis method was developed for moment redistribution of moment-resisting frames. In the proposed method, rotational spring models are used for plastic hinges of the members whose flexural moments are needed to be redistributed. At the plastic hinges, secant stiffness is used to address the effect of the flexural stiffness reduced by inelastic deformation. Linear analysis is repeated with adjusted secant stiffness until the flexural equilibrium is satisfied in the structure and members. By using the secant stiffness analysis, the effect of the inelastic deformation on the moment redistribution can be considered. Further, the safety of plastic hinges can be evaluated by comparing the inelastic rotation resulting from the secant stiffness analysis with the rotational capacity of the plastic hinges. For verification, the proposed method was applied to a continuous beam tested in previous study. A application example for a multiple story moment-resisting frame was presented.
Won, Jeong-Hun;Lee, Hyung Do;Choi, Myeong-Ki;Park, Man Cheol
Journal of the Korean Society of Safety
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제33권4호
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pp.46-53
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2018
This study examined the maximum resistant moment and nonlinear rotational stiffness of wedge joint between the vertical and horizontal members of system supports. To examine the maximum resistant moment and propose the nonlinear rotation stiffness of wedge joint, 6 specimens were tested and additional 3 specimens, where the horizontal member was welded to the vertical member, were tested to compare the moment capacity of wedge joints. The average maximum moment in the tested wedge joint was 1.183 kNm which represented about 70 % of the maximum moment developed in the welded specimens. And, as simulating nonlinear rotational stiffness of the wedge joint, a tri-linear model was suggested. The rotational stiffness was estimated as 23.095 kNm/rad in first stage, 7.945 kNm/rad in second stage, and 3.073 kNm/rad in third stage. For the failure mode, the specimen with the wedge joint showed the failure of joint between vertical and horizontal members. However, the specimen with welded joint represented the yielding of horizontal members.
A series of tests on simple-welded plate specimens (SWPS) and T-stub tension specimens simulating some of the joint details in moment frame connections were conducted in this investigation. The effects of weld strength mismatch and weld metal toughness on structural behavior of these specimens were considered under both static and dynamic loading conditions. Finite element analyses were performed by taking into account typical weld residual stress distributions and weld metal strength mismatch conditions to facilitate the interpretation of the test results. The major findings are as follows: (a) Sufficient specimen size requirements are essential in simulating both load transfer and constraint conditions that are relevant to moment frame connections, (b) Weld residual stresses can significantly elevate stress triaxiality in addition to structural constraint effects, both of which can significantly reduce the plastic deformation capacity in moment frame connections, (c) Based on the test results, dynamic loading within a loading rate of 0.02 in/in/sec, as used in this study, premature brittle fractures were not seen, although a significant elevation of the yield strength can be clearly observed. However, brittle fracture features can be clearly identified in T-stub specimens in which severe constraint effects (stress triaxiality) are considered as the primary cause, (d) Based on both the test and FEA results, T-stub specimens provide a reasonable representation of the joint conditions in moment frame connections in simulating both complex load transfer mode and constraint conditions.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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한국지진공학회 2000년도 추계 학술발표회 논문집 Proceedings of EESK Conference-Fall 2000
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pp.192-197
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2000
The purpose of this study is to investigate the capacity of columns in the Ordinary Moment Frame (OMF). For this purpose, 3-story building was designed according to Uniform Building Code and ACI building Code.(ACI 318-99) The columns were classified into interior and exterior columns. For each interior and exterior columns, upper and lower parts are modeled by the 2/3 scale experimental specimens. The specimens for lower part columns have lap splice. The interior columns were tested under the constant axial force, while the exterior columns were tested under the fluctuating axial force. Based on the results of the experiments, the conclusion for the capacity of the column is proposed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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