Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2015.11a
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pp.168-169
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2015
SMART Frame is a composite precast concrete structure system to deliver the advantages of both steel frame and reinforced concrete. Many studies have established to date that SMART Frame is more advantageous than conventional frame-type structure in terms of structural stability, constructability, economic viability as well as reduction of construction schedule. However, such studies have focused primarily on wall-type or flat slab-type apartment housing structures, failing to include Rahmen structures in their scope. Accordingly, this study aims to analyze the benefits of potential application of SMART Frame to RC Rahmen structures. As the structural stability and constructability of SMART Frame is already proven, this study reviews its benefits from the perspective of cost reduction. Conclusion of this study will be used subsequently in predicting the benefits of SMART Frame when it is adapted to RC Rahmen structures.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.24
no.5
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pp.111-118
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2020
The U-shaped composite beam used in this study consist of a reinforced concrete structure, a beam steel structure supporting the slab, a reinforced concrete structure, and a U-shaped steel plate. The U-shaped composite beam was developed for the purpose of using it as a parking lot because it is highly constructible and has low floor height and long span. For the improvement of constructivity, the U-shaped composite beam ends are planned with standardized H-shaped steel and connected directly to the columns, and the middle of the U-shaped composite beam consists of U-shaped steel plates folded in U-shaped form using thin steel plates (t=6) instead of H-shaped steel. In the middle of the composite beam, where U-shaped steel plates are located, the depth of U-shaped beam may be planned to be small so as to satisfy the height limit of the parking lot. It is important to grasp the structural performance according to the change of depth because low beam depth is advantageous for the reduction of the floor height, but it is a inhibitor to the structural behaviors of U-shaped composite beam. In addition, since U-shaped composite beams are a mixture of steel frame structures, reinforced concrete structures and U-shaped steel plates, securing unity has a great influence on securing structural performance. Therefore, in this study, a structural experiment was conducted to understand the structural performance according to the depth change for U-shaped composite beam. A total of three specimens were planned, including two specimens that changed the depth using a criteria specimen planned for a general parking lot. The results of the experiment showed that the specimens who planned the depth greatly had better structural performance such as yield strength, maximum strength, and energy than the standard specimen.
Eccentrically braced frames (EBFs) represent an attractive lateral load resisting steel system to be used in areas of high seismicity. In order to assess the likely damage for a given intensity of ground shaking, fragility functions can be used to identify the probability of exceeding a certain damage limit-state, given a certain response of a structure. This paper focuses on developing a set of fragility functions for EBF structures, considering that damage can be directly linked to the interstorey drift demand at each storey. This is done by performing a Monte Carlo Simulation of an analytical expression for the drift capacity of an EBF, where each term of the expression relies on either experimental testing results or mechanics-based reasoning. The analysis provides a set of fragility functions that can be used for three damage limit-states: concrete slab repair, damage requiring heat straightening of the link and damage requiring link replacement. Depending on the level of detail known about the EBF structure, in terms of its link section size, link length and storey number within a structure, the resulting fragility function can be refined and its associated dispersion reduced. This is done by using an analytical expression to estimate the median value of interstorey drift, which can be used in conjunction with an informed assumption of dispersion, or alternatively by using a MATLAB based tool that calculates the median and dispersion for each damage limit-state for a given set of user specified inputs about the EBF. However, a set of general fragility functions is also provided to enable quick assessment of the seismic performance of EBF structures at a regional scale.
This paper discusses the results and observations from a large-scale fire test conducted on a slim floor system, comprising asymmetric beams, rectangular hollow section beams and a composite floor slab. The structure was subjected to a fire where the fire load (combustible material) was higher that that found in typical office buildings and the ventilation area was artificially controlled during the test. Although the fire behaviour was not realistic it was designed to follow as closely as possible the time-temperature response used in standard fire tests, which are used to assess individual structural members and forms the bases of current fire design methods. The presented test results are limited, due to the malfunction of the instrumentation measuring the atmosphere and member temperatures. The lack of test data hinders the presentation of definitive conclusions. However, the available data, together with observations from the test, provides for the first time a useful insight into the behaviour of the slim floor system in its entirety. Analysis of the test results show that the behaviour of the beam-to-column connections had a significant impact on the overall structural response of the system, particularly when the end-plate of one of the connections fractured, during the fire.
The seismic behavior of PRC coupling beam-hybrid coupled shear wall system is analyzed by using the finite element software ABAQUS. The stress distribution of steel plate, reinforcing bar in coupling beam, reinforcing bar in slab and concrete is investigated. Meanwhile, the plastic hinges developing law of this hybrid coupled shear wall system is also studied. Further, the effect of coupling ratio, section dimensions of coupling beam, aspect ratio of single shear wall, total height of structure and the role of slab on the seismic behavior of the new structural system. A fitting formula of plate characteristic values for PRC coupling beams based on different displacement requirements is proposed through the experimental date regression analysis of PRC coupling beams at home and abroad. The seismic behavior control method for PRC coupling beam-hybrid coupled shear wall system is proposed based on the continuous connection method and through controlling the coupling ratio, the roof displacement, story drift angle of hybrid coupled shear wall system, displacement ductility of coupling beam.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.23
no.3
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pp.143-149
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2019
In this study, a U-shape composite beam was developed to be effectively used for a steel parking lot which is 8m or lower in height. When the U-shape composite beam was applied to a steel parking lot, essential considerations were story-height and long-span. In addition, due to the mixed structural system with reinforced concrete and steel material, the U-shape composite beam needed to have a structural integrity and reliable performance over demand capacity. The main objective of this study was to investigate the performance of the structure consisting of the reinforced concrete (RC) slab and U-shape beam. A U-shape composite beam generally used at a parking lot served as a control specimen. Four specimens were tested under four-point bending. To calculate theoretical values, strain gauges were attached to rebar, steel plate, and concrete surface in the middle of the specimens. As the results, initial yielding strength of the control specimen occurred at the bottom of the U-shaped steel. After yielding, the specimen reached the maximum strength and the RC slab concrete was finally failed by concrete crush due to compressive stress. The structural performance such as flexural strength and ductility of the specimen with the increased beam depth was significantly improved in comparison with the control specimen. Furthermore, the design of the U-shape composite beam with the consideration of flexural strength and ductility was effective since the structural performance by a negative loading was relatively decreased but the ductile behavior was evidently improved.
This paper describes a study of the mapping relationship between the vertical deformation of bridge structures and rail deformation of high-speed railway, taking the interlayer interactions of the bridge subgrade CRTS II ballastless slab track system (HSRBST) into account. The differential equations and natural boundary conditions of the mapping relationship between the vertical deformation of bridge structures and rail deformation were deduced according to the principle of stationary potential energy. Then an analytical model for such relationship was proposed. Both the analytical method proposed in this paper and the finite element numerical method were used to calculate the rail deformations under three typical deformations of bridge structures and the evolution of rail geometry under these circumstances was analyzed. It was shown that numerical and analytical calculation results are well agreed with each other, demonstrating the effectiveness of the analytical model proposed in this paper. The mapping coefficient between bridge structure deformation and rail deformation showed a nonlinear increase with increasing amplitude of the bridge structure deformation. The rail deformation showed an obvious "following feature"; with the increase of bridge span and fastener stiffness, the curve of rail deformation became gentler, the track irregularity wavelength became longer, and the performance of the rail at following the bridge structure deformation was stronger.
One of the important considerations in structural designing the flat plate system is ensuring the resistance to punching shear caused by axial loads and the ductile ability to follow horizontal deformation under earthquake. In this study, the ECC (Engineered Cementitious Composite) has been placed in the critical section zone of punching shear at slab-column joint to improve ductility and the advanced details of shear reinforced area nearby critical section zone has been developed using stud and steel fiber. The shear performance tests were performed on the specimens with parameters of fiber type mixed with ECC, stud and steel fiber set into the shear reinforced area in which the failure pattern, joint strength, displacement and strain of the specimen were compared and analyzed. The test results showed that the strength and ductility of specimens with ECC applied to joint were better than those of RC flat plate system. Also, the shear reinforcement effect of stud and the ductility improvement of steel fiber concrete were confirmed in the shear reinforcement area.
Exodermic deck systems are new composite steel grid deck systems which have been used in various projects during the past decade. One of the eminent features of this system is considerable reduction in the structure weight compared to the ordinary reinforced concrete decks and also reduction in construction time by using precast Exodermic decks. In this study, dynamic properties of the Exodermic deck bridges with alternative perfobond shear connectors are investigated experimentally. In order to evaluate the dynamic properties of the decks, peak picking and Nyquist circle fit methods are employed. Frequencies obtained experimentally are in good agreement with the results of the finite-element solution, and the experimental results show that the first mode is the most effective mode among the obtained modes. The first four modes are the rigid translational motion modes, and the next two modes seem to be rigid rotational motion modes around a horizontal axis. From the 7th mode onwards, modes are flexible. The range of damping ratios is about 0.5%. Furthermore, the static behavior of the Exodermic decks under a static load applied at the center of the decks was investigated. Failure of the decks under positive bending was punching-shear. The bending strength of the decks under negative bending was about 50 percent of their strength under positive bending. In addition, the weight of an Exodermic deck is about 40% of that of an equivalent reinforced concrete slab.
Zhang, JingZhou;Yam, Michael C.H.;Soltanieh, Ghazaleh;Feng, Ran
Structural Engineering and Mechanics
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v.78
no.4
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pp.485-496
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2021
So far analytical methods on collapse assessment of three-dimensional (3-D) steel frames have mainly focused on a single-column-removal scenario. However, the collapse of the Federal Building in the US due to car bomb explosion indicated that the loss of multiple columns may occur in the real structures, wherein the structures are more vulnerable to collapse. Meanwhile, the General Services Administration (GSA) in the US suggested that the removal of side columns of the structure has a great possibility to cause collapse. Therefore, this paper analytically deals with the robustness of 3-D steel frames in a two-side-column-removal (TSCR) scenario. Analytical method is first proposed to determine the collapse resistance of the frame during this column-removal procedure. The reliability of the analytical method is verified by the finite element results. Moreover, a design-based methodology is proposed to quickly assess the robustness of the frame due to a TSCR scenario. It is found the analytical method can reasonably predict the resistance-displacement relationship of the frame in the TSCR scenario, with an error generally less than 10%. The parametric numerical analyses suggest that the slab thickness mainly affects the plastic bearing capacity of the frame. The rebar diameter mainly affects the capacity of the frame at large displacement. However, the steel beam section height affects both the plastic and ultimate bearing capacity of the frame. A case study on a six-storey steel frame shows that the design-based methodology provides a conservative prediction on the robustness of the frame.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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