This study aims at postulating a simple methodology for predicting the failure modes of monotonically loaded reinforced concrete beam-column joints. All the factors that affect the failure modes of joints are discussed in detail using an experimental database of monotonically loaded exterior beam-column joints. The relative contributions of the strut and truss mechanisms to joint shear strength are determined based on the test results. A simple design equation for the beam longitudinal reinforcement ratio for joints with low, medium and high amount of stirrups is developed. The factors influencing the failure modes of monotonically loaded exterior beam-column joints are investigated in detail. Design charts that predict the failure modes of exterior beam-column connections both with and without stirrups are developed. Experimental data are compared with the design charts. The results show that the simple methodology gives very accurate predictions of the failure modes.
As concrete is most usable material in construction industry it's been required to improve its quality. Nowadays, nanotechnology offers the possibility of great advances in construction. For the first time, the nonlinear buckling of straight concrete columns armed with single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) resting on foundation is investigated in the present study. The column is modelled with Euler-Bernoulli beam theory. The characteristics of the equivalent composite being determined using the Mori-Tanaka model. The foundation around the column is simulated with spring and shear layer. Employing nonlinear strains-displacements, energy methods and Hamilton's principal, the governing equations are derived. Differential quadrature method (DQM) is used in order to obtain the buckling load of structure. The influences of volume percent of SWCNTs, geometrical parameters, elastic foundation and boundary conditions on the buckling of column are investigated. Numerical results indicate that reinforcing the concrete column with SWCNTs, the structure becomes stiffer and the buckling load increases with respect to concrete column armed with steel.
As concrete is most usable material in construction industry it's been required to improve its quality. Nowadays, nanotechnology offers the possibility of great advances in construction. For the first time, the nonlinear buckling of straight concrete columns armed with single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) resting on foundation is investigated in the present study. The column is modelled with Euler-Bernoulli and Timoshenko beam theories. The characteristics of the equivalent composite being determined using mixture rule. The foundation around the column is simulated with spring and shear layer. Employing nonlinear strains-displacements, energy methods and Hamilton's principal, the governing equations are derived. Differential quadrature method (DQM) is used in order to obtain the buckling load of structure. The influences of volume percent of SWCNTs, geometrical parameters, elastic foundation and boundary conditions on the buckling of column are investigated. Numerical results indicate that reinforcing the concrete column with SWCNTs, the structure becomes stiffer and the buckling load increases with respect to concrete column armed with steel.
The capacity design of shear forces is one of the special demands of EC8 by which the ductile behavior of structures is implemented. The aim of capacity design is the formation of plastic hinges without shear failure of the elements. This is achieved by deriving the design shear forces from equilibrium conditions, assuming that plastic hinges, with their possible over-strengths, have been formed in the adjacent joints of the elements. In this equilibrium situation, the parameters (dimensions, material properties, axial forces etc) are random variables. Therefore, the capacity design of shear forces is associated with a probability of non-compliance (probability of failure). In the present study the probability of non-compliance of the shear capacity design in columns is calculated by assuming the basic variables as random variables. Parameters affecting this probability are examined and a modification of the capacity design is proposed, in order to achieve uniformity of the safety level.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.47
no.6
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pp.59-70
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2005
A series of resonant column test was performed to investigate the dynamic deformation characteristics of silty sand soils mixed with polypropylene fibrillated type fiber. Results show that optimum mixing ratios were $0.2\%$ for 19mm of cut fiber for shear modulus and $0.1\%$ for 60mm cut fiber fur damping ratio. As shear strain was increased, normalized values of shear modulus (G(Reinforced)/ G(Unreinforced)) of fiber reinforced soil were increased up to $10^{-3}\%\~10^{-1}\%$ ranges. However, normalized damping ratio (D(Reinforced/D(Unreinforced)) was diminished with an increase in strain beyond $10^{-3}\%\~10^{-1}\%$ for the damping capacity of soils mixed with fiber. Normalized shear modulus $(G/G_{max})$ obtained from the test was plotted in the chart suggested by Seed and Idriss. The shear modulus of silty sand was located between sand and gravel curves.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.21
no.3
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pp.130-137
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2017
The purpose of this study is to provide a reasonable analytical method for the reinforced concrete beams which shows failure mode of shear and flexure-shear by proposing a modified formulation to consider the effect of shear deformation on the beam-column fiber element based on the flexibility method and a new constitutive law of inelastic shear response history for the section. A total of 6 specimens of reinforced concrete beams which is designed to cause shear failure before yielding longitudinal reinforcement to investigate the influence of the main experimental variables on the shear behavior characteristics and the analysis was performed by using a non-linear finite element analysis program (RCAHEST) applying the newly modified constitutive equation by the authors. The failure mode and the overall behavior characteristics until fracture are predicted appropriately for all specimens and the results are expected to be useful enough for the 3 - D analysis to carry out reliable results of large-scale and complicated structures in the future.
Hadianfard, Mohammad Ali;Eskandari, Fateme;JavidSharifi, Behtash
Steel and Composite Structures
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v.28
no.3
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pp.309-318
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2018
Buckling Restrained Braced (BRB) frames have been widely used as an efficient seismic load resisting system in recent years mostly due to their symmetric and stable hysteretic behavior and significant energy dissipation capacity. In this study, to provide a better understanding of the behavior of BRB frames with various beam-column connections, a numerical study using non-linear finite element (FE) analysis is conducted. All models are implemented in the Abaqus software package following an explicit formulation. Initially, the results of the FE model are verified with experimental data. Then, diverse beam-column connections are modeled for the sake of comparison from the shear capacity, energy dissipation and frame hysteresis behavior points of view until appropriate performance is assessed. The considered connections are divided into three different categories: (1) simple beam-column connections including connection by web angle and connection by seat angle; (2) semi-rigid connection including connection by web and seat angles; and (3) rigid beam-column connections by upper-lower beam plates and beam connections with web and flange splices. Results of the non-linear FE analyses show that these types of beam-column connections have little effect on the maximum story drift and shear capacity of BRB frames. However, the connection type has a significant effect on the amount of energy dissipation and hysteresis behavior of BRB frames. Also, changes in length and thickness of the angles in simple and semi-rigid connections and changes in length and thickness of plates in rigid connections have slight effects (less than 4%) on the overall frame behavior.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.11
no.5
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pp.1-9
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2007
This study summarizes the results of a research project aimed at investigating the inelastic rotation capacity of beam-column connections of reinforced concrete moment frames. A total of 91 test specimens for beam-column joint connections were examined in detail, and 28 specimens were classified as special moment frame connections based on the design and detailing requirements in the ACI 318-02 Provisions. Then the acceptance criteria, originally defined for steel moment frame connections in the AISC-02 Seismic Provisions, were used to evaluate the joint connections of concrete moment frames. Twenty-seven out of 28 test specimens that satisfy the design requirements for special moment frame structures provide sufficient strength and are ductile up to a plastic rotation of 0.03 rad. without any major degradation in strength. Joint shear stress, column-to-beam flexural strength ratio, and transverse reinforcement ratio in a joint all play a key role in good performance of the connections.
Previous studies have suggested the maximum experimental story shear force of beam-column joint frame does not reach its theoretical value due to beam-column joint failure when the column-to-beam moment capacity ratio was close to 1.0. It was also pointed out that under a certain amount of axial force, an axial collapse and a sudden decrease of lateral load-carrying capacity may occur at the joint. Although increasing joint transverse reinforcement could improve the lateral load-carrying capacity and axial load-carrying capacity of beam-column joint frame, the conditions considering varying axial force were still not well investigated. For this purpose, 7 full-scale specimens with no-axial force and 14 half-scale specimens with varying axial force are designed and subjected to static loading tests. Comparing the experimental results of the two types of specimens, it has indicated that introducing the varying axial force leads to a reduction of the required joint transverse reinforcement ratio which can avoid the beam-column joint failure. For specimens with varying axial force, to prevent beam-column joint failure and axial collapse, the lower limit of joint transverse reinforcement ratio is acquired when given a column-to-beam moment capacity ratio.
A number of studies have suggested that the use of high ductile and high shear materials, such as Engineered Cementitious Composites (ECC) and High Performance Fiber Reinforced Cementitious Composites (HPFRCC), significantly enhances the shear capacity of structural elements, even with/without shear reinforcements. The present study emphasizes the development of a nonlinear model of shear behaviour of a HPFRCC panel for application to the seismic retrofit of reinforced concrete buildings. To model the shear behaviour of HPFRCC panels, the original Modified Compression Field Theory (MCFT) for conventional reinforced concrete panels has been newly revised for reinforced HPFRCC panels, and is referred to here as the HPFRCC-MCFT model. A series of experiments was conducted to assess the shear behaviour of HPFRCC panels subjected to pure shear, and the proposed shear model has been verified through an experiment involving panel elements under pure shear. The proposed shear model of a HPFRCC panel has been applied to the prediction of seismic retrofitted reinforced concrete buildings with in-filled HPFRCC panels. In retrofitted structures, the in-filled HPFRCC element is regarded as a shear spring element of a low-rise shear wall ignoring the flexural response, and reinforced concrete elements for beam or beam-column member are modelled by a finite plastic hinge zone model. An experimental study of reinforced concrete frames with in-filled HPFRCC panels was also carried out and the analysis model was verified with correlation studies of experimental results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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