One of the most popular and commonly used strengthening techniques to protect against earthquakes is to infill the holes in reinforced concrete (RC) frames with fully reinforced concrete infills. In some cases, windows and door openings are left inside infill walls for architectural or functional reasons during the strengthening of reinforced concrete-framed buildings. However, the seismic performance of multistory, multibay, reinforced concrete frames that are strengthened by reinforced concrete wing walls is not well known. The main purpose of this study is to investigate the experimental behavior of vulnerable multistory, multibay, reinforced concrete frames that were strengthened by introducing wing walls under a lateral load. For this purpose, three 2-story, 2-bay, 1/3-scale test specimens were constructed and tested under reversed cyclic lateral loading. The total shear wall (including the column and wing walls) length and the location of the bent beam bars were the main parameters of the experimental study. According to the test results, the addition of wing walls to reinforced concrete frames provided significantly higher ultimate lateral load strength and higher initial stiffness than the bare frames did. While the total shear wall length was increased, the lateral load carrying capacity and stiffness increased significantly.
Elastic-plastic shear buckling behaviors of the web-post in a Castellated Steel Beam (CSB) with hexagonal web openings under vertical shear force were investigated further using Finite Element Model (FEM) based on a sub-model, which took the upper part of the web-post under horizontal shear force to represent the whole web-post under vertical shear force. A simplified design method for the web-post elastic-plastic shear buckling strength was proposed based on simulation results of the sub-model. Proper boundary conditions were applied to the sub-model to assure that its behaviors were identical to those of the whole web-post. The equation to calculate the thin plate elastic shear buckling strength was adopted as the basic form to build the design equation for elastic-plastic buckling strength of the sub-model. Parameters that might affect the elastic-plastic shear buckling strength of the whole web-post were studied. After obtaining the vertical shear buckling strength of a sub-model through FEM, the shear buckling coefficient k can be obtained through the back analysis. A practical calculation method for k was proposed through curving fitting the parameter study results. The elastic-plastic shear buckling strength of the web-post calculated using the proposed shear buckling coefficient k agreed well with that obtained from the FEM and test results. And it was more precise than those obtained from EC3 based on the strut model.
The purpose of this study is to experimentally investigate the shear behavior of reinforced concrete beams embedded with GFRP (glass fiber reinforced polymer) plate with openings. In this study, the parameters include the shape of reinforcement, reinforcement area, and thickness and width of reinforcements. The test was performed on 9 specimens with shear spanto-depth ratio of 2.8. When the reinforcement area was varied, the GFRP plate showed 3.6 times greater shear strength than steel stirrup. The test result showed that shear strength increased as reinforcement area increased. Also, when the shape of a parallelogram GFRP plate was used, it showed higher shear strength than that with rectangular shape. Effect of thickness and width of reinforcement showed that shear capacity increased as width increased. For a comparison study, a calculation of the shear strength of reinforced beams with GFRP plate based on the ACI 318M-08 was compared with the test results. The test results were compared with the maximum shear reinforcement areas required by ACI 318M-08, CSA-04, and EC2-02 provision.
Mehmet Fethi Ertenli;Erdal Erdal;Alper Buyukkaragoz;Ilker Kalkan;Ceyhun Aksoylu;Yasin Onuralp Ozkilic
Steel and Composite Structures
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v.46
no.5
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pp.709-718
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2023
The absence of an important portion of the web plate in steel beams with multiple circular perforations, cellular beams, causes the web plate to undergo distortions prior to and during lateral torsional buckling (LTB). The conventional LTB equations in the codes and literature underestimate the buckling moments of cellular beams due to web distortions. The present study is an attempt to develop analytical methods for estimating the elastic buckling moments of cellular beams. The proposed methods rely on the reductions in the torsional and warping rigidities of the beams due to web distortions and the reductions in the weak-axis bending and torsional rigidities due to the presence of web openings. To test the accuracy of the analytical estimates from proposed solutions, a total of 114 finite element analyses were conducted for six different standard IPEO sections and varying unbraced lengths within the elastic limits. These analyses clearly indicated that the LTB solutions in the AISC 360-16 and AS4100:2020 codes overestimate the buckling loads of cellular beams within elastic limits, particularly at shorter span lengths. The LDB solutions in the literature and the Eurocode 3 LTB solution, on the other hand, provided conservative buckling moment estimates along the entire range of elastic buckling.
To obtain a lower story height with a long span and better fire resistance, a new composite floor system using GFRP (glass-fiber-reinforced plastics) was proposed. This floor system consists of asymmetric steel with a web opening, a hollow core ball, concrete, and GFRP. To evaluate the flexural performance of the new composite floor system, an experiment was conducted. The test parameters were the presence of GFRP, the void ratio in relation to the hollow core balls, and the web opening. The test results showed that the resistance and stiffness of the specimen with GFRP were 10% higher than those of the reference specimen, and that fully composite action was accomplished up to the yielding point. After the attainment of the yield strength, the ductility of the specimen was reduced due to the stress concentration around the web openings. The slip between the concrete and steel beam, however, was small. Thus, in the design of the proposed new floor systems, it is desirable that the calculated resistance be reduced by 15%, for safety.
Heo, Byung Wook;Kwak, Myong Keun;Bae, Kyu Woong;Jeong, Sang Min
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.19
no.3
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pp.247-258
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2007
This paper describes the results of an experimental study on the new type of encased composite beams that use deep deck plates, which could reduce the story height of buildings by controlling the bottom flange of steel beams. The profiled steel beam was thus developed. It was advantageous to the long span of the buildings. Seven full-scale specimens were constructed, and simply supported bending tests were conducted on the encased composite beams with different steel plate thicknesses, with and without shear studs, reinforcing bars, and web openings. The test results showed that the encased composite beams that were developed in this study had sufficient composite action without additional shear connectors due to their inherent shear-bond effects between the steel beams and concrete.
Park, Yong-Koo;Kim, Hyun-Su;Ko, Hyun;Kim, Min-Gyun;Lee, Dong-Guen
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.11
no.1
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pp.47-56
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2011
In general, shear walls are employed as lateral resistance system. Most of shear wall structures require openings in shear walls and thus shear walls are linked by floor slabs or coupling beams resulting in the coupled shear wall structures. In this study, an LRB (lead rubber bearing) was introduced in the middle of the coupling beam of the coupled shear wall structures and the wind-induced response reduction effect of this system was investigated. In order to evaluate the control performance of the proposed method, 20- and 30-story building structures were used as example structures and boundary nonlinear time history analyses have been performed using artificial wind excitation. Japanese vibration evaluation criteria was employed to evaluate whether the proposed system could improve the serviceability of the tall coupled shear wall structures under wind excitation. Based on analytical results, it has been shown that the proposed method that connects shear walls with LRBs can improve the wind-induced response control effect.
Park, Wan Shin;Yun, Hyun Do;Kim, Sun Woong;Jang, Young Il
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.16
no.3
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pp.128-137
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2012
In high multistory buildings, hybrid coupled shear walls can provide an efficient structural system to resist horizontal force due to wind and seismic loads. Hybrid coupled shear walls are usually built over the whole height of the building and are laid out either as a series of walls coupled by steel beams with openings to accommodate doors, elevator walls, windows and corridors. In this paper, the behavior characteristics of hybrid coupled shear wall system considering connection details is examined through results of an experimental research program where 5 two-thirds scale specimens were tested under cyclic loading. Such connections details are typically employed in hybrid coupling wall system consisting of steel coupling beams and reinforced concrete shear wall. The test variables of this study are embedment length of steel coupling beam and wall thickness of concrete shear wall. The results and discussion presented in this paper provide fundamental data for seismic behavior of hybrid coupled shear wall systems.
Recently, Appendix A of ACI 318∼02 Code introduced the Strut-and-Tie Model(STM) procedure in shear design of deep flexural members. The STM procedure is widely used in the design of concrete regions where the distribution of longitudinal strains is significantly nonlinear, such as deep beams, beams with large openings, corbels, and dapped-end beams. Experimental study included five high-strength reinforced concrete deep beams with different detailing schemes for the horizontal and vertical reinforcement. The specimens were designed as simply supported beams subjected to concentrated loads on the top face and supported on the bottom face. At failure, all specimen exhibited primary diagonal crack running from the support region to the point load. Specimens which had mechanical anchorages(terminators) gives better representation of the load-carrying mechanism than the specimen had standard 90-degree anchorage at failure in deep flexural members. Based on the test results, shear design procedures contained in the ACI 318-99 Code, Appendix A of the ACI 318-02 Code, CSA A23.3-94 Code and CIRIA Guide-2 were evaluated. The Shear design of ACI 318-99 Code, Appendix A of the ACI 318-02 Code and CIRIA Guide-2 shown to be conservative predictions from 10% to 36% in the shear strength of the single-span deep beam which was tested. ACI 318-99 Code was the lowest standard deviation.
Park, Yong-Koo;Kim, Hyun-Su;Ko, Hyun;Kim, Min-Gyun;Lee, Dong-Guen
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.14
no.6
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pp.1-9
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2010
Most of shear wall structures require openings in shear walls and thus shear walls are linked by floor slabs or coupling beams resulting in the coupled shear wall structures. When these structures are subjected to seismic excitations, excessive shear forces are induced in coupling beams. Accordingly, brittle failure of coupling beams may occur or shear walls may yield first. To avoid this problem, damping devices can be installed in coupling beams. It can increase the vibration control effect and improve the seismic resistance performance of the coupled shear wall structure by avoiding stress concentration and the brittle failure of coupling beams. Based on this background research, an LRB (lead rubber bearing) was introduced in the middle of the coupling beam in this study and the authors investigated the seismic response control effect and stress distribution of the proposed system. To this end, a modeling technique that can effectively predict the structural behavior of coupled shear wall structures has been proposed. With this proposed technique, time history analyses of the example coupled shear wall structure subjected to seismic excitation were performed and the vibration control effects of the seismic responses were investigated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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