A hybrid precast concrete beam system with a simple rigid connection was proposed to compensate the limitations and shortcomings of the conventional bolt connection associated with the H-beams embedded into concrete beams. Three beam specimens with fixed both ends were tested under one-point top cyclic loading to explore the effectiveness of the developed hybrid beam system in transferring externally applied flexure to a column. The main parameter considered was the length ($L_s$) of H-beam, which was selected to be $0.25L_I$, $0.5L_I$, and $1.0L_I$, where $L_I$ is the distance from the support to the point of inflection. All beam specimens showed a better displacement ductility ratio than the reinforced concrete beams with the same longitudinal reinforcement index, indicating that the cyclic load-deflection curve and ductility were insignificantly affected by $L_s$. The continuous strain distribution along the beam length and the prediction of the ultimate load based on the collapse mechanism ascertained the structural adequacy of the developed rigid connection.
Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction
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v.34
no.2
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pp.19-28
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2018
The progressive collapse resistance performance of a steel structure constructed using the moment frame with the WUF-B connection and the composite slabs was evaluated. GSA 2003 was adapted for the evaluation. Additionally the structural robustness and the sensitivity against the progressive collapse were analyzed. In the numerical analysis, a reduced model comprised of the beam and spring elements for WUF-B connection was adapted. The composite slab was modeled using the composite-shell element. Instead of the time-consuming dynamic analysis for the effect of the sudden column removal, the equivalent energy-based static analysis was effectively applied. The analysis results showed that the structure was the most vulnerable to in the case of the internal column removal, however it satisfied the chord rotation criterion of GSA 2003 due to the contribution of the composite slab which improved the stiffness of structure. In the robustness evaluation, the structural performance showed more than 2.5 times of the requirement according to GSA 2003, and the structural sensitivity analysis indicated the decrease of 33% of the initial structural performance.
Zhu, Yan Fei;Chen, Chang Hong;Yao, Yao;Keer, Leon M.;Huang, Ying
Steel and Composite Structures
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v.28
no.2
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pp.209-221
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2018
An empirical and efficient method is presented for calculating the dynamic increase factor to amplify the applied loads on the affected bays of a steel frame structure with semi-rigid connections. The nonlinear static alternate path analysis is used to evaluate the dynamic responses. First, the polynomial models of the extended end plate and the top and seat connection are modified, and the proposed polynomial model of the flush end plate connection shows good agreement as compared with experimental results. Next, a beam model with nonlinear spring elements and plastic hinges is utilized to incorporate the combined effect of connection flexibility and material nonlinearity. A new step-by-step analysis procedure is established to obtain quickly the dynamic increase factor based on a combination of the pushdown analysis and nonlinear dynamic analysis. Finally, the modified dynamic increase factor equation, defined as a function of the maximum ratio value of energy demand to energy capacity of an affected beam, is derived by curve fitting data points generated by the different analysis cases with different column removal scenarios and five types of semi-rigid connections.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.3
no.4
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pp.33-46
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1999
In spite of 6.8 magnitude and the neighborhood of the epicenter, the steel moment frame survived after Northridge earthquake without collapse or casualties. However, following investigation revealed that there were severe damages at the column-weld interface of welded flange-bolted web (WFBW) steel moment connection, which was believed to be economic and safe from earthquakes based on experience and past tests. In this paper, this unexpected brittle fracture of the steel moment connection is explored using linear elastic fracture mechanics and post-Northridge tests. A method to predict the brittle fracture strength of the steel moment connection is proposed. Using this method, the failure mode of the WFBW connection and reduced beam section (RBS) connection are presented.
This paper aims to probabilistically evaluate performance of two types of I beam to box column (IBBC) connection. With the objective of considering the variability of seismic loading demand, statistical features of the inter-story drift ratio corresponding to the second, fifth and eleventh story of a 12-story steel special moment resisting frames are extracted through incremental dynamic analysis at global collapse state. Variability of geometrical variables and material strength are also taken into account. All of these random variables are exported as inputs to a probabilistic finite element model which simulates the connection. At the end, cumulative distribution functions of local seismic demand for each component of each connection are provided using histogram sampling. Through a parametric study on probabilistic local seismic demand, the influence of some geometrical random variables on the performance of IBBC connections is demonstrated. Furthermore, the probabilistic study revealed that IBBC connection with widened flange has a better performance than the un-widened flange. Also, a design procedure is proposed for WF connections to achieve a same connection performance in different stories.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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1999.10a
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pp.396-403
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1999
This experimental study investigates the hysterestic behavior of traditional timber frames subjected to lateral loads. Prototype frames for this study were selected from one of typical national treasures for timber structures in Korea. For simplicity roof structures and braket systems were excluded from specimens and the joint behavior of beam-to-column system were presumed to have crucial effect on their global behavior. The experimental observation showed stiffness degradation and slip after experiencing initial yield and the first cycle at a new larger displacement due to inherent gaps in traditional timber connection and gradual indentation of interfaces, The cyclic behaviors of all specimens were similar to those os modern timber frames with bolt and nail connections. Additional structural members such as an upper beam and clay-filled wall increased the initial stiffness strength and energy dissipation. It is expected that collapse of Korean traditional timber frames under lateral load is mainly caused from P-$\Delta$ effects rather than local member failure.
A shaking table test was conducted at the E-Defense shaking table facility to investigate the damage and collapse behavior of a steel high-rise building under exceedingly large ground motions. The specimen is a one-third scale 18-story steel moment frame designed and constructed according to design specifications and practices used in the 1980s and 1990s. The shaking table tests used a long-duration, long-period ground motion simulated for a sequential Tokai, Nankai, and Nankai earthquake scenario. The building specimen was subjected to a series of progressively increasing scaled motions until it completely collapsed. The damage to the steel frame began through the yielding of beams along lower stories and column bases of the first story. After several excitations by increasing scaled motions, cracks initiated at the welded moment connections and fractures in the beam flanges spread to the lower stories. As the shear strength of each story decreased, the drifts of lower stories increased and the frame finally collapsed and settled on the supporting frame. From the test, a typical progression of collapse for a tall steel moment frame was obtained, and the hysteretic behavior of steel structural members including deterioration due to local buckling and fracture were observed. The results provide important information for further understanding and an accurate numerical simulation of collapse behavior.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.18
no.1
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pp.37-43
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2014
In current seismic design code, steel moment frames are classified into ordinary, intermediate, and special moment frames. In the case of special moment frames which have large R-factor, economic design is possible by reducing the design lateral force. However, there is difficulty for practical application due to constraints such as strong column-weak beam requirement. This study evaluated if steel intermediate moment frame could maintain enough seismic capacity when the R-factor is increased from 4.5 to 6. As for the analytical models, steel moment frames of 3 and 5 stories were categorized into four performance groups according to seismic design category. Seismic performances of the frames were evaluated through the procedure based on FEMA P695. FEMA P695 utilizes nonlinear static analysis(pushover analysis) and nonlinear dynamic analysis(incremental dynamic analysis, IDA). In order to reflect the characteristics of Korean steel moment frames on the analytical model, the beam-column connection was modeled as weak panel zone where the collapse of panel zone was indirectly considered by checking its ultimate rotational angle after an analysis is done. The analysis result showed that the performance criteria required by FEMA P695 was satisfied when R-factor increased in all the soil conditions except $S_E$.
The number of cases of collapsed plastic greenhouses in farmlands has increased due to the heavy local snowfall caused by extraordinary atmospheric phenomena. Consequently, the economic losses of farmers have also increased. However the government policy in relation to damage pretension is insufficient and collapse case is repeated every year. The main reason for frame collapse is that the moment capacity of a steel pipe is not sufficient to resist a heavy snowload. In this study, experiments were conducted on the current frame system of a greenhouse with a tension tie. The frame consisted of two sections(${\phi}25.4{\times}1.5$, ${\phi}31.8{\times}1.5$), and its span length was 6.5 m. A temporary tension tie using a steel wire and a fabric rope was connected to the two joints, to which a curved beam and a straight column were connected. The pretension force was applied at the tension tie, and a vertical force simulating snowfall was applied until failure. The fabric rope frame increased the load-carrying capacity by 10-45% compared to the normal frame without a tension tie, and the steel wire frame increased the load-carrying capacity by 58-73% compared to the normal frame without a tension tie. Steel wire was found to be more effective as far as strength is concerned, but its connection details and pretension application are more difficult and complicated than those of the fabric rope. The test results thus show that the fabric rope is more preferable.
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