The influence of the inter-story structural pounding on the seismic behaviour of adjacent multistory reinforced concrete structures with unequal total heights and different story heights is investigated. Although inter-story pounding is a common case in practice, it has not been studied before in the literature as far as the authors are aware. Fifty two pounding cases, each one for two different seismic excitations, are examined. From the results it can be deduced that: (i) The most important issue in the inter-story pounding is the local effect on the external column of the tall building that suffers the impact from the upper floor slab of the adjacent shorter structure. (ii) The ductility demands for this column are increased comparing with the ones without the pounding effect. In the cases that the two buildings are in contact these demands appear to be critical since they are higher than the available ductility values. In the cases that there is a small distance between the interacting buildings the ductility demands of this column are also higher than the ones of the same column without the pounding effect but they appear to be lower than the available ductility values. (iii) It has to be stressed that in all the examined cases the developed shear forces of this column exceeded the shear strength. Thus, it can be concluded that in inter-story pounding cases the column that suffers the impact is always in a critical condition due to shear action and, furthermore, in the cases that the two structures are in contact from the beginning this column appears to be critical due to high ductility demands as well. The consequences of the impact can be very severe for the integrity of the column and may be a primary cause for the initiation of the collapse of the structure. This means that special measures have to be taken in the design process first for the critically increased shear demands and secondly for the high ductility demands.
Two new predictive design methods are presented in this study. The first is a hybrid method, called neuro-fuzzy, based on neural networks with fuzzy learning. A total of 280 experimental datasets obtained from the literature concerning concentric punching shear tests of reinforced concrete slab-column connections without shear reinforcement were used to test the model (194 for experimentation and 86 for validation) and were endorsed by statistical validation criteria. The punching shear strength predicted by the neuro-fuzzy model was compared with those predicted by current models of punching shear, widely used in the design practice, such as ACI 318-08, SIA262 and CBA93. The neuro-fuzzy model showed high predictive accuracy of resistance to punching according to all of the relevant codes. A second, more user-friendly design method is presented based on a predictive linear regression model that supports all the geometric and material parameters involved in predicting punching shear. Despite its simplicity, this formulation showed accuracy equivalent to that of the neuro-fuzzy model.
A low-cycle loading experiment of 16 transfer column specimens was conducted to study the influence of parameters, likes the extension length of shape steel, the ratio of shape steel, the axial compression ratio and the volumetric ratio of stirrups, on the shear distribution between steel and concrete, the concrete damage state and the degradation of lateral stiffness. Shear force of shape steel reacted at the core area of concrete section and led to tension effect which accelerated the damage of concrete. At the same time, the damage of concrete diminished its shear capacity and resulted in the shear enlargement of shape steel. The interplay between concrete damage and shear force of shape steel ultimately made for the failures of transfer columns. With the increase of extension length, the lateral stiffness first increases and then decreases, but the stiffness degradation gets faster; With the increase of steel ratio, the lateral stiffness remains the same, but the degradation gets faster; With the increase of the axial compression ratio, the lateral stiffness increases, and the degradation is more significant. Using more stirrups can effectively restrain the development of cracks and increase the lateral stiffness at the yielding point. Also, a formula for calculating the yielding lateral stiffness is obtained by a regression analysis of the test data.
This paper presents investigation into the behavior of beam-column joints, with the joint region concrete being replaced by steel fiber reinforced concrete (SFRC) and by ultra-high performance concrete (UHPC). A total of ten beam-column joint specimens (BCJ) were tested experimentally to failure under monotonic and cyclic loading, with the beam section being subjected to flexural loading and the column to combined flexural and axial loading. The joint region essentially transferred shear and axial stresses as received from the column. Steel fiber reinforced concrete (SFRC) and ultra-high performance concrete (UHPC) were used as an innovative construction and/or strengthening scheme for some of the BCJ specimens. The reinforced concrete specimens were reinforced with longitudinal steel rebar, 18 mm, and some specimens were reinforced with an additional two ties in the joint region. The results showed that using SFRC and UHPC as a replacement concrete for the BCJ improved the joint shear strength and the load carrying capacity of the hybrid specimens. The mode of failure was also converted from a non-desirable joint shear failure to a preferred beam flexural failure. The effect of the ties in the SFRC and UHPC joint regions could not be observed due to the beam flexural failure. Several models were used in estimating the joint shear strength for different BCJ specimens. The results showed that the existing models yielded wide-ranging values. A new concept to take into account the influence of column axial load on the shear strength of beam-column joints is also presented, which demonstrates that the recommended values for concrete tensile strength for determination of joint shear strength need to be amended for joints subject to moderate to high axial loads. Furthermore, finite element model (FEM) simulation to predict the behaviour of the hybrid BCJ specimens was also carried out in an ABAQUS environment. The result of the FEM modelling showed good agreement with experimental results.
In this report, the test results of five reinforced concrete beam-column joint subjected to cyclic load are presented. The main purpose of the research is to investigate the influence of the steel pull-out of the beam-column joints to the shear and ductile capacity of the RC beam-column assembles. In addition, the influence of the amount of beam reinforcement to the joint shear and ductile capacity is evaluated. Test results indicate that the yield penetration of steel bar increases as the joint shear strength ratio, $V_{j1}/V_{jby}$ decreases. And the slippage of the steel bars are varied according to the region of the beam-column joints. The pull-out of the steel bars of five specimens was almost the same regardless of the joint shear strength ratio, $V_{j1}/V_{jby}$. Because it was affected by not only the yield penetration of steel bar but also the axial elongation in the plastic hinge.
Park, Chul-Soo;Jung, Jae-Woo;Kim, Hak-Sung;Kim, Eun-Jung;Mok, Young-Jin
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2008.10a
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pp.1415-1426
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2008
Stone columns, locally called "GCP (granular compaction pile)" can be used to improve strength and resistance against lateral movement of a foundation soil like rigid piles and piers. Also installation of such a discrete column facilitates drainage, and densifies and reinforces the soil in the sense of ground improvement. The integrity of the GCP has been indirectly controlled with the records of each batch including depth and the quantity of stone filled. An integrity testing was attempted using crosshole S-wave logging. The method is conceptionally same as the crosshole sonic logging (CSL) for drilled piers. The only and critical difference is that S-wave should be used in the logging, because P-wave velocity of the stone column is less than that of ground water. The crosshole sonic logger does not have the capability to measure S-wave propagating through the skeleton of crushed stone. An electro-mechanical source, which can generate either P- or SH-waves, and a 1-D geophone were used to measure SH-waves. Two 76mm diameter cased boreholes were installed 1 meter apart across the nominal 700mm diameter stone column. At every 10cm of depth, shear wave was measured across the stone column. One more borehole was also installed 1 meter outward from the one of the above boreholes to measure the shear wave profile of the surrounding soil. The diametric variation of the stone column with respect to depth was evaluated from the shear wave arrival times across the stone column, and shear wave velocities of crushed stone and surrounding soil. The volume calculated with these variational diameters is very close to the actual quantity of the stone filled.
A number of experiments were performed to investigate the punching shear strength of flat plate-column connections. According to the experiments, the punching shear strength varies significantly with design parameters such as the column size of the connection, reinforcement ratio, and boundary condition. However, current design methods do not properly address the effects of such design parameters. In the present study, a theoratical approach using Rankine's failure cirterion was attempted to define the failure mechanism of the punching shear According to the study, the failure mechanism can be classified into the compression-controlled and the tension-controlled, depending on the amount of bottom re-bars placed at the connection, and the punching shear strength is also significantly affected by the flexural damage of slab. Based on the finding, a new strength model of punching shear was developed, and verified by the comparisons with existing experiments and nonlinear finite element analyses. The comparisons show that the proposed strength model addressing the effects of various design parameters can predict accurately the punching shear strength, compared to the existing strength models.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1998.04b
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pp.553-558
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1998
Two-way slab-column specimens were tested under monotonic loading increased up to punching shear failure to investigate the beneficial effects of fiber-reinforced concrete. The parameters for experiments are the placement of fibers within the immediate column region, the placement on the entire surface of the slab, and no placement of fibers. The effects of these parameters on the punching shear capacity, negative moment cracking. and stiffness of the two-way slab specimens were studied. According to the results the addition of steel fibers in the slab around the column results in a significant improvement in the performance including the increase of punching shear resistance, greater post-cracking stiffness and smaller crack width at service load levels.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2003.05a
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pp.397-402
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2003
This paper presents strut-and-tie models for predicting shear strength of RC interior beam-column joints considering the plastic hinge rotation of adjacent beams. On seismic design of frame system, it is controlled beams to occur plastic hinges and to be ductile so as to dissipate earthquake energy efficiently. The plastic hinge deformation of beams is used as analysis parameter in terms of strain of beam tensile bars at column face. The shear strengths of beam-column joints are evaluated by combining direct strut mechanism with truss mechanism. It is assumed that the max force transferred by direct strut mechanism is based on the strength of cracked concrete element, and that by truss mechanism is based on bond capacity.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2006.11a
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pp.105-108
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2006
Current ACI and AIJ guidelines only address the importance of the concrete strength and geometry of the joint. There are no significant attention paid to other variables. In addition, the current design code doesn't predict the ductility of the beam-column assemblies. The former researcher proposed the analytical model to predict the shear strength of the joint panel as well as the ductility of the beam-column assemblies in year 2004. In this study, the experiments to investigate shear behavior of reinforced concrete beam-column joints and to verify proposed model were carried out, based on the experimental results. As the formal researcher proposed, the factor K (K=0.5), the ductility of BJ-failure was predicted reasonably when the transverse reinforcement ratio exceeded 0.0186. However, the proposed equation showed a large discrepancies in the ductility estimating when transverse reinforcement ratio was below 0.0186.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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