본 연구는 강제 라멘교각 접합부 panel zone의 전단거동특성에 대하여 검토한 것이다. 여기에서는 접합부 시험체 20개에 대한 재하실험 결과와 3가지의 FEM해석 모델에 대한 결과를 제시 하였다. 이와같은 실험및 해석결과를 비교 검토한 결과, panel zone의 강도와 변형 성능은 단면적비와 전단좌굴등에 의하여 감소하는 경향을 보이고 있음을 알 수 있었다. 따라서 본 연구에서는 이상의 결과를 기초로 panel zone의 강도와 변형성능에 대한 새로운 평가식을 제안하였으며, 또한 기존의 라멘교각 접합부에 대한 변형성능에 관해서 검토하였다.
The empirical AISC panel zone thickness provision$(t_z\geq(d_z+w_z)$/90) to prevent the cyclic shear buckling of the panel zone was proposed based on the test data of Krawinkler et al. (1971) and Bertero et al. (1973) However, no published records of the equation development or any other background information appear to be available. The calibrated finite element analysis results of this study indicated that the AISC provision was not reasonable. In this study, through including the effects of the column axial force and the aspect ratio of the panel zone, a new equation for the relative strength between the beam and the panel zone was proposed such that the proposed equation can prevent the panel zone shear buckling and reduce the potential fracture associated with the kinking of the column flanges.
Rehabilitation and retrofitting of structures designed in accordance to standard design codes is an essential practice in structural engineering and design. For steel structures, one of the challenges is to strengthen the panel zone as well as its analysis in moment-resisting frames. In this research, investigations were undertaken to analyze the influence of the panel zone in the response of structural frames through a computational approach using ETABS software. Moment-resisting frames of six stories were studied in supposition of real panel zone, different values of rigid zone factor, different thickness of double plates, and both double plates and rigid zone factor together. The frames were analyzed, designed and validated in accordance to Iranian steel building code. The results of drift values for six stories building models were plotted. After verifying and comparing the results, the findings showed that the rigidity lead to reduction in drifts of frames and also as a result, lower rigidity will be used for high rise building and higher rigidity will be used for low rise building. In frames with story drifts more than the permitted rate, where the frames are considered as the weaker panel zone area, the story drifts can be limited by strengthening the panel zone with double plates. It should be noted that higher thickness of double plates and higher rigidity of panel zone will result in enhancement of the non-linear deformation rates in beam elements. The resulting deformations of the panel zone due to this modification can have significant influence on the elastic and inelastic behavior of the frames.
The present study is aimed to calculate the optimal damping according to the seismic load on the structure with a non-seismic design to perform structure analysis considering the deformation of structural joint connection and panel zone; to develop design program equipped with structural stability of the steel frame structures reinforced with the panel zone and viscous dampers, using the results of the analysis, in order to systematically integrate the seismic reinforcement of the non-seismic structures and the analysis and design of steel frame structures. The study results are as follows: When considering the deformation of the panel zone, the deformation has been reduced up to thickness of the panel double plate below twice the flange thickness, which indicates the effect of the double plate thickness on the panel zone, but the deformation showed uniform convergence when the ration is more than twice. The SMRPF system that was applied to this study determines the damping force and displacement by considering the panel zone to the joint connection and calculating the shear each floor for the seismic load at the same time. The result indicates that the competence of the damper is predictable that can secure seismic performance for the structures with non-seismic design without changing the cross-section of the members.
Cruciform sections are an appropriate option for columns of orthogonal moment resisting frames for equal bending strength and stiffness about two main axes and the implementation is easier for continuity plates. These columns consist of two I-shaped sections, so that one of them is cut out in middle and two generated T-shaped sections be welded into I-shaped profile. Furthermore, in steel moment frames, unbalance moment at the beam-column connection leads to shear deformation in panel zone. Most of the obtained relations for panel zone strength derived from experimental and analytical results are on I-shaped columns with almost thin flanges. In this paper, a parametric study has been carried out using Finite Element Method (FEM) with effective parameters at the panel zone behavior. These parameters consist of column flange thickness, column web thickness, and thickness of continuity plates. Additionally, a mathematical model has been suggested to determine strength of cruciform column panel zone and has been shown its accuracy and efficiency.
Six specimens are tested to investigate the cyclic behavior of beam-to-column abnormal joints in steel moment-resisting frames, which are designed according to the principle of strong-member and weak-panel zone. Key parameters include the axial compression ratio of column and the section depth ratio of beams. Experimental results indicate that four types of failure patterns occurred during the loading process. The $P-{\Delta}$ hysteretic loops are stable and plentiful, but have different changing tendency at the positive and negative direction in the later of loading process due to mechanical behaviors of specimens. The ultimate strength tends to increase with the decrease of the section depth ratio of beams, but it is not apparent relationship to the axial compression ratio of column, which is less than 0.5. The top panel zone has good deformation capacity and the shear rotation can reach to 0.04 rad. The top panel zone and the bottom panel zone don't work as a whole. Based on the experimental results, the equation for shear strength of the abnormal joint panel zone is established by considering the restriction of the bottom panel zone to the top panel zone, which is suitable for the abnormal joint of H-shaped or box column and beams with different depths.
This paper presents experiment and bearing capacity analyses of steel dual-lintel column (SDC) joints in Chinese traditional style buildings. Two SDC interior joints and two SDC exterior joints, which consisted of dual box-section lintels, circular column and square column, were designed and tested under low cyclic loading. The force transferring mechanisms at the panel zone of SDC joints were proposed. And also, the load-strain curves at the panel zone, failure modes, hysteretic loops and skeleton curves of the joints were analyzed. It is shown that the typical failure modes of the joints are shear buckling at bottom panel zone, bending failure at middle panel zone, welds fracturing at the panel zone, and tension failure of base metal in the heat-affected zone of the joints. The ultimate bearing capacity of SDC joints appears to decrease with the increment of axial compression ratio. However, the bearing capacities of exterior joints are lower than those of interior joints at the same axial compression ratio. In order to predict the formulas of the bending capacity at the middle panel zone and the shear capacity at the bottom panel zone, the calculation model and the stress state of the element at the panel zone of SDC joints were studied. As the calculated values showed good agreements with the test results, the proposed formulas can be reliably applied to the analysis and design of SDC joints in Chinese traditional style buildings.
As the structure is taller and its member is larger, the effect of the deformation of Panel zone on the displacement of structure becomes larger. The analysis using the centerline dimensions in the steel moment frame structure can not consider the accurate effect of panel ton And the finite element analysis using infinitesimal solid and shell element is impractical for the total tall building structure. Therefore, this paper proposes the analytical model using linear element in order to be able to evaluate the reasonable deformation of panel zone. the proposed analytical model makes the analysis of the building structure simple and ease because it uses the only linear elements. In addition it can easily incorporate the various parameters affecting the deformation of panel zone. In order to prove the validith of the prosed analytical model, the analysis result using the proposed analytical model is compared with the result using finite element analysis with shell element
In this research, the self-centering effect in precast and prestressed reinforced concrete structures was investigated experimentally. The reinforced concrete beams and columns were precast and connected by post-tensioning tendons passing through the center of the beams as well as the panel zone of the connections. Three beam-to-interior-column connections were constructed to investigate parameters such as beam to column interfaces (steel on steel or plastic on plastic), energy dissipating devices (unbonded buckling restrained steel bars or steel angles) and the spacing of hoops in the panel zone. In addition to the self-centering effect, the shear strength in the panel zone of interior column connections was experimentally and theoretically evaluated, since the panel zone designed by current code provisions may not be conservative enough to resist the panel shear increased by the post-tensioning force.
본 연구는 강제라멘교각 접합부의 탄성거동에 대하여 검토한 것이다. 여기에서는 접합부 시험체의 실험결과와 FEM해석모델에 대한 결과를 비교하였다. 이와 같은 해석 및 실험결과를 비교 검토한 결과, 접합부 panel zone에서의 전단응력분포는 단면적비$(A_f/A_w)$에 따라 변화한다는 것과 전단지연(shear lag)현상에 의하여 플랜지에 발생하는 부가응력 또한 기존의 제안식과 현저한 차이가 있음을 알 수 있었다. 따라서 본 연구에서는 이상의 실험 및 해석결과를 기초로하여 접합부의 설계변수의 영향을 고려한 panel zone과 플랜지의 응력평가방법을 제안하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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