Flat plate are being used more in buildings requiring a high level of technical installations or in buildings needing changeable room arrangements during their life time such as office buildings. The main problem in flat plate is its weak resistance against a punching failure at its slab-column connections. Therefore, in this research, an experimental study on full-scale interior slab-column connection was performed. Three types of shear reinforcements were tested to prevent brittle punching shear failure that could lead to collapse of the structure. A series of four flat plate specimens including a specimen without shear reinforcement and three specimens with shear reinforcements were tested. The slabs were tested up to failure using monotonic vertical shear loading. The presences of the shear reinforcements substantially increased punching shear capacity and ductility of the interior slabcolumn connections. The test results showed that a slab that did not have enough bond length failed before shear reinforcement yielded due to anchorage slip. Also, FEM analyses were performed to study an effect of slab thickness and concrete compressive strength on the flat plate slab. The analytical study results were used to propose a method to calculate performance capacity of shear reinforcement in slab-column connection.
Wang, Peng;Wang, Zhan;Pan, Jianrong;Li, Bin;Wang, Bo
Steel and Composite Structures
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v.37
no.1
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pp.15-26
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2020
The top-and-seat angles with double web angles are commonly used in the design of beam-to-column joints in Asian and North American countries. The seismic behavior analysis of these joints with large cross-section size of beam and column (often connected by four or more bolts) is a challenge due to the effects from the relatively larger size of stiffened angles and the composite action from the adjacent concrete slab. This paper presents an experimental investigation on the seismic performance of exterior composite beam-to-column joints with stiffened angles under cyclic loading. Four full-scale composite joints with different configuration (only one specimen contain top angle in concrete slab) were designed and tested. The joint specimens were designed by considering the effects of top angles, longitudinal reinforcement bars and arrangement of bolts. The behavior of the joints was carefully investigated, in terms of the failure modes, slippage, backbone curves, strength degradation, and energy dissipation abilities. It was found that the slippage between top-and-seat angles and beam flange, web angle and beam web led to a notable pinching effect, in addition, the ability of the energy dissipation was significantly reduced. The effect of anchored beams on the behavior of the joints was limited due to premature failure in concrete, the concrete slab that closes to the column flange and upper flange of beam plays an significant role when the joint subjected to the sagging moment. It is demonstrated that the ductility of the joints was significantly improved by the staggered bolts and welded longitudinal reinforcement bars.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.11
no.4
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pp.99-108
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2007
In the flat-plate slab design of the KCI and ACI building code, the punching shear strength of connections with shear reinforcement can increase one and half times to that of connections without shear reinforcement. And the ACI-ASCE committee 352 recommendations propose limiting the direct shear ratio $V_g$/$V_c$ on interior connections to 0.4 to insure adequate drift capacity. In this study, four interior column-slab connections were tested to look into the punching shear strength and the lateral displacement capacity of the flat-plate slab with and without shear reinforcement under cyclic lateral loading. Based on the test results, it is found that the provision about punching shear strength in the codes may appropriate for the gravity loading only whereas it is unconservative for the lateral loading and that the limit of ACI-ASCE committee 352 appears conservative.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.5
no.4
s.18
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pp.145-152
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2005
Long-term axial shortening of the vertical elements of tail buildings results in differential movements between two elements and may lead to the additional moments of connection beam and slab elements, and other secondary effects, such as cracks of partitions or curtain walls. Accurate prediction of time-dependent column shortening is essential for tall buildings from both strength and serviceability aspects. The compensation method is different from reinforced concrete and SRC(Steel Reinforced Concrete) members. The SRC columns are usually compensated according to total differential shortening between two vertical elements. In this study, column shortenings of 37-story W building under construction are predicted and compensated. The SRC column shortenings are compared with the actual column shortening by field measurement and the column shortenings are reanalysed and recompensated.
In seismic analysis of moment-resisting frames, beam-column connections are often modeled with rigid joint zones. However, it has been demonstrated that, in ductile reinforced concrete (RC) moment-resisting frames designed based on current codes (to say nothing of older non-ductile frames), the joint zones are in fact not rigid, but rather undergo significant shear deformations that contribute greatly to global drift. Therefore, the "rigid joint" assumption may result in misinterpretation of the global performance characteristics of frames and could consequently lead to miscalculation of strength and ductility demands on constituent frame members. The primary objective of this paper is to propose a rational method for estimating the hysteretic joint shear behavior of RC connections and for incorporating this behavior into frame analysis. The authors tested four RC edge beam-column-slab connection subassemblies subjected to earthquake-type lateral loading; hysteretic joint shear behavior is investigated based on these tests and other laboratory tests reported in the literature. An analytical scheme employing the modified compression field theory (MCFT) is developed to approximate joint shear stress vs. joint shear strain response. A connection model capable of explicitly considering hysteretic joint shear behavior is then formulated for nonlinear structural analysis. In the model, a joint is represented by rigid elements located along the joint edges and nonlinear rotational springs embedded in one of the four hinges linking adjacent rigid elements. The connection model is able to well represent the experimental hysteretic joint shear behavior and overall load-displacement response of connection subassemblies.
Choi, Seung-Ho;Lee, Deuck Hang;Oh, Jae-Yuel;Kim, Kang Su;Lee, Jae-Yeon;Shin, Myoungsu
Earthquakes and Structures
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v.7
no.5
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pp.735-751
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2014
In the previous paper, authors proposed the unified equivalent frame method (UEFM) for the lateral behavior analysis of the flat plate structure subjected to the combined gravity and lateral loads, in which the rotations of torsional members were distributed to the equivalent column and the equivalent slab according to the relative ratio of gravity and lateral loads. In this paper, the lateral behavior of the multi-span flat plate structures under various levels of combined gravity and lateral loads were analyzed by the proposed UEFM, which were compared with test results as well as those estimated by existing models. In addition, to consider the stiffness degradation of the flat plate system after cracking, the stiffness reduction factors for torsional members were derived from the test results of the interior and exterior slab-column connection specimens, based on which the simplified nonlinear push-over analysis method for flat plate structures was proposed. The simplified nonlinear analysis method provided good agreements with test results and is considered to be very useful for the practical design of the flat plate structures under the combined gravity and lateral loads.
Under severe lateral loads, ductile moments-resisting reinforced concrete frames will be subjected to large loads and displacements. Thus, large deformation and shear stree are occurred at the beam-column joints which are the most critical region in ductile moments-resisting system. The purpose of this study was to investigate the shear strength of beam-column connection using high strength concrete. Four subassemblies were designed 2/3 scale of read structures and tested. The obtained results are as follows. 1) The transverse beams increase the shear resistance and ductility of joint, 2) The slab was contributed to increase of the flexural capacity of the beam, but was not contributed to increase the joint ductility under cyclic loads. 3) The shear stress factors. given by the ACI code would be modified in evaluating the shear strength of beam-column joints of frame which were constructed with high-strength concrete.
A genetic algorithm-based minimum weight design method is presented for steel frames containing composite beams, semi-rigid connections and column bases. Genetic Algorithms carry out optimum steel frames by selecting suitable profile sections from a specified list including 128 W sections taken from American Institute of Steel Construction (AISC). The displacement and stress constraints obeying AISC Allowable Stress Design (ASD) specification and geometric (size) constraints are incorporated in the optimization process. Optimum designs of three different plane frames with semi-rigid beam-to-column and column-to-base plate connections are carried out first without considering concrete slab effects on floor beams in finite element analyses. The same optimization procedures are then repeated for the case of frames with composite beams. A program is coded in MATLAB for all optimization procedures. Results obtained from the examples show the applicability and robustness of the method. Moreover, it is proved that consideration of the contribution of concrete on the behavior of the floor beams enables a lighter and more economical design for steel frames with semi-rigid connections and column bases.
In the present study, a numerical analysis was performed for interior connections of continuous flat plate to analyze the effect of design parameters such as column section shape, gravity load and slab span on the behavioral characteristics of the connections. For the purpose, a computer program for nonlinear FE analysis was developed, and the validity was verified. Through the parametric study, the variations of shear stress distribution around the connection were investigated. According to the result of numerical analysis, as the length of the cross section of column in the direction of lateral load increases and gravity load increases, the effective area and the maximum shear strength providing the torsional resistance decrease considerably. And as the slab span loaded with relatively large gravity load increases, the negative moment around the connection increases and therefore the strength of connection against unbalanced moment decreases. By considering the effect of design parameters on the strength of the connections, the effective shear strength to calculate the torsional moment capacity of connection was proposed and the effectiveness of the proposed shear strength was verified.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2013.05a
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pp.19-20
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2013
Green Frame is a column-beam system constructed by composite precast column and beam connected by embedded steel of their. From when the precast concrete beam of Green Frame is installed, until the concrete of slab and connection joint is cured, the self load of beam shall be supported by the embedded steel of it. Therefore, the concrete of beam could be separated from the embedded steel if the shear connector of beam of Green Frame is designed by the code on Structural standard. So, this study suggest an equation for the shear connection of composite precast concrete beams of Green Frame. The result of this study will be used as the main equation of the calculation model for shear connectors of composite precast concrete beams.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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