Large-scale earthquakes pose serious threats to infrastructure causing substantial damage and large residual deformations. Superelastic (SE) Shape-Memory-Alloys (SMAs) are unique alloys with the ability to undergo large deformations, but can recover its original shape upon stress removal. The purpose of this research is to exploit this characteristic of SMAs such that concrete Beam-Column Joints (BCJs) reinforced with SMA bars at the plastic hinge region experience reduced residual deformation at the end of earthquakes. Another objective is to evaluate the seismic performance of SMA Reinforced Concrete BCJs repaired with flowable Structural-Repair-Concrete (SRC). A $\frac{3}{4}$-scale BCJ reinforced with SMA rebars in the plastic-hinge zone was tested under reversed cyclic loading, and subsequently repaired and retested. The joint was selected from an RC building located in the seismic region of western Canada. It was designed and detailed according to the NBCC 2005 and CSA A23.3-04 recommendations. The behaviour under reversed cyclic loading of the original and repaired joints, their load-storey drift, and energy dissipation ability were compared. The results demonstrate that SMA-RC BCJs are able to recover nearly all of their post-yield deformation, requiring a minimum amount of repair, even after a large earthquake, proving to be smart structural elements. It was also shown that the use of SRC to repair damaged BCJs can restore its full capacity.
Choi, Yun-Chul;Moon, Ji-Ho;Lee, Eun-Jin;Park, Keum-Sung;Lee, Kang Seok
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.11
no.2
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pp.185-197
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2017
In this study, we propose a new equation that evaluates the shear strength of beam-column connections in reinforced concrete and steel beam (RCS) composite materials. This equation encompasses the effect of shear keys, extended face bearing plates (E-FBP), and transverse beams on connection shear strength, as well as the contribution of cover plates. Mobilization coefficients for beam-column connections in the RCS composite system are suggested. The proposed model, validated by statistical analysis, provided the strongest correlation with test results for connections containing both E-FBP and transverse beams. Additionally, our results indicated that Architectural Institute of Japan (AIJ) and Modified AIJ (M-AIJ) equations should be used carefully to evaluate the shear strength for connections that do not have E-FBP or transverse beams.
You, Young-Jun;Park, Young-Hwan;Choi, Ji-Hun;Kim, Jang-Ho Jay
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.26
no.4
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pp.491-497
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2014
The corrosion of steel reinforcement in reinforced concrete bridge decks significantly affects the degradation of the capacity. Due to the advantageous characteristics such as high tensile strength and non-corrosive property, fiber reinforced polymer (FRP) has been gathering much interest from designers and engineers for possible usage as a alternative reinforcement for a steel reinforcing bar. However, its application has not been widespread, because there data for short- and long-term performance data of FRP reinforced concrete members are insufficient. In this paper, seven full-scale decks with dimensions of $4000{\times}3000{\times}240mm$ were prepared and tested to failure in the laboratory. The test parameter was the bottom reinforcement ratio in transverse direction. The decks were subjected to various levels of concentrated cyclic load with a contact area of $577{\times}231mm$ to simulate the vehicle loading of DB-24 truck wheel loads acting on the center span of the deck. It was observed that the glass FRP (GFRP) reinforced deck on a restraint girder is strongly effected to the level of the applied load rather than the bottom reinforcement ratio. The study results showed that the maximum load less than 58% of the maximum static load can be applied to the deck to resist a fatigue load of 2 million cycles. The fatigue life of the GFRP decks from this study showed the lower and higher fatigue performance than that of ordinary steel and CFRP rebar reinforced concrete deck. respectively.
Tubular joints have been widely used in offshore platforms and space structures due to their merits such as easy fabrication, aesthetic appearance and better static strength. For existing tubular joints, a grouted sleeve reinforced method was proposed in this paper. Experimental tests on five tubular T-joints reinforced with the grouted sleeve and two conventional tubular T-joints were conducted to investigate their mechanical behaviour. A constant axial compressive force was applied to the chord end to simulate the compressive state of the chord member during the tests. Then an axial compressive force was applied to the top end of the brace member until the collapse of the joint specimens occurred. The parameters investigated herein were the grout thickness, the sleeve length coefficient and the sleeve construction method. The failure mode, ultimate load, initial stiffness and deformability of these joint specimens were discussed. It was found that: (1) The grouted sleeve could change the failure mode of tubular T-joints. (2) The grouted sleeve was observed to provide strength enhancement up to 154.3%~172.7% for the corresponding un-reinforced joint. (3) The initial stiffness and deformability were also greatly improved by the grouted sleeve. (4) The sleeve length coefficient was a key parameter for the improved effect of the grouted sleeve reinforced method.
This paper examines the seismic responses of a reinforced concrete (RC) frame core-tube building with pre-pressed spring self-centering energy dissipation (PS-SCED) braces. The PS-SCED brace system consists of friction devices for energy dissipation, pre-pressed combination disc springs for self-centering and tube members as guiding elements. A constitutive model of self-centering flag-shaped hysteresis for PS-SCED brace is developed to better simulate the seismic responses of the RC frame core-tube building with PS-SCED braces, which is also verified by the tests of two braces under low cyclic reversed loading. Results indicate that the self-centering and energy dissipation capabilities are well predicted by the proposed constitutive model of the PS-SCED brace. The structure with PS-SCED braces presents similar peak story drift ratio, smaller peak acceleration, smaller base shear force and much smaller residual deformations as compared to the RC frame core-tube building with bucking-restrained braces (BRBs).
Mohammad H. Habashizadeh;Nima Talebian;Dane Miller;Martin Skitmore;Hassan Karampour
Steel and Composite Structures
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v.49
no.1
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pp.47-64
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2023
Due to their efficient use of materials, hybrid reinforced concrete-steel (RCS) systems provide more practical and economic advantages than traditional steel and concrete moment frames. This study evaluated the seismic design factors and response modification factor 'R' of RCS composite moment frames composed of reinforced concrete (RC) columns and steel (S) beams. The current International Building Code (IBC) and ASCE/SEI 7-05 classify RCS systems as special moment frames and provide an R factor of 8 for these systems. In this study, seismic design parameters were initially quantified for this structural system using an R factor of 8 based on the global methodology provided in FEMA P695. For analyses, multi-story (3, 5, 10, and 15) and multi-span (3 and 5) archetypes were used to conduct nonlinear static pushover analysis and incremental dynamic analysis (IDA) under near-field and far-field ground motions. The analyses were performed using the OpenSees software. The procedure was reiterated with a larger R factor of 9. Results of the performance evaluation of the investigated archetypes demonstrated that an R factor of 9 achieved the safety margin against collapse outlined by FEMA P695 and can be used for the design of RCS systems.
In different high seismic regions around the world, many non-ductile existing reinforced concrete frame buildings, built without adequate seismic detailing requirements, have been damaged or collapsed after past earthquakes. The assessment and the retrofit of these non-ductile concrete structures is crucial theme of research for all the scientific community of engineers. In particular, a careful assessment of the existing building is fundamental for understanding the failure mechanisms that govern the collapse of the structure or the achievement of the recommended limit states. Based on the seismic assessment, the best retrofit strategy can be designed and applied to the structure. A school building located in Avellino province (Italy) is the case study. The analysis of seismic vulnerability carried out on the mentioned building has highlighted deficiencies in both static and seismic load conditions. The retrofit of the building has been designed based on different retrofit options in order to show the real retrofit design developed from the engineers to achieve the seismic safety of the building. The retrofit costs associated to structural operations are calculated for each case and have been summed up to the costs of the in situ tests. The paper shows a real retrofit design case study in which the best solution is chosen based on the results in terms of structural performance and cost among the different retrofit options.
Fox, Matthew J.;Sullivan, Timothy J.;Beyer, Katrin
Earthquakes and Structures
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v.9
no.4
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pp.911-936
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2015
This work evaluates the performance of a number of seismic assessment procedures when applied to a case study reinforced concrete (RC) wall building. The performance of each procedure is evaluated through its ability to accurately predict deformation demands, specifically, roof displacement, inter-storey drift ratio and wall curvatures are considered as the key engineering demand parameters. The different procedures include Direct Displacement-Based Assessment, nonlinear static analysis and nonlinear dynamic analysis. For the latter two approaches both lumped and distributed plasticity modelling are examined. To thoroughly test the different approaches the case study building is considered in different configurations to include the effects of unequal length walls and plan asymmetry. Recommendations are made as to which methods are suited to different scenarios, in particular focusing on the balance that needs to be made between accurate prediction of engineering demand parameters and the time and expertise required to undertake the different procedures. All methods are shown to have certain merits, but at the same time a number of the procedures are shown to have areas requiring further development. This work also highlights a number of key aspects related to the seismic response of RC wall buildings that may significantly impact the results of an assessment. These include the influence of higher-mode effects and variations in spectral shape with ductility demands.
This study is to explore floor impact sound and sound insulation of reinforced concrete structure with void-deck slab system which combines polystyrene void foam and T-shaped steel deck plate. A void-deck slab system can effectively reduce the amount of concrete used and hence the mass of a reinforced concrete slab. Also void slab system has dynamically favorable for bending. Three-bay 2-story building was constructed as a mock up test specimen using void-deck slab system and floor impact sound was measured to valuate sound insulation performance. Light weight floor impact and heavy weight floor impact were investigated. Light weight floor impact pressure levels were 32dB, 28dB, and 29db at representative locations which are $1^{st}$ level in the floor impact sound insulation performance grading system. The heavy-weight floor impact pressure levels were 44dB, 45dB, and 43dB at representative locations which are $2^{nd}$ level in the floor impact sound insulation performance grading system. Therefore void-deck slab system can be used in public housing apartment building in terms of not only effectively reduced construction materials but also floor impact sound insulation.
Due to functional requirements, SRC column-RC beam abnormal joints with characteristics of strong beam weak column, variable column section, unequal beam height and staggered height exist in the Steel reinforced concrete (SRC) frame-bent main building structure of thermal power plant (TPP). This paper presents the experimental results of these abnormal joints through cyclic loading tests on five specimens with scaling factor of 1/5. The staggered height and whether adding H-shaped steel in beam or not were changing parameters of specimens. The failure patterns, bearing capacity, energy dissipation and ductile performance were analyzed. In addition, the stress mechanism of the abnormal joint was discussed based on the diagonal strut model. The research results showed that the abnormal exterior joints occurred shear failure and column end hinge flexural failure; reducing beam height through adding H-shaped steel in the beam of abnormal exterior joint could improve the crack resistance and ductility; the abnormal interior joints with different staggered heights occurred column ends flexural failure; the joint with larger staggered height had the higher bearing capacity and stiffness, but lower ductility. The concrete compression strut mechanism is still applicable to the abnormal joints in TPP, but it is affected by the abnormal characteristics.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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