An efficient, economical and practical strengthening method for hollow brick infill walls was proposed and investigated in the present study, experimentally and numerically. This method aims at increasing the overall lateral strength and stiffness of the structure by increasing the contribution of the infill walls and providing the non-bearing components of the structure with the capability of absorbing earthquake-induced energy to minimize structural damage during seismic excitations. A total of eleven full-scale infill walls strengthened with expanded mild steel plates were tested under diagonal monotonic loading to simulate the loading condition of the non-bearing walls during an earthquake. The contact surface between the plates and the wall was increased with the help of plaster. Thickness of the plates bonded to both faces of the wall and the spacing of the bolts were adopted as test parameters. The experiments indicated that the plates were able to carry a major portion of the tensile stresses induced by the diagonal loads and provided the walls walls with a considerable confining effect. The composite action attained by the plates and the wall until yielding of the bolts increased the load capacities, rigidities, ductilities and energy-absorption capacities of the walls, considerably.
This paper presents the experimental investigation into a new type of steel-concrete hybrid outrigger system developed for the high-rise building structure. The steel truss is embedded into the reinforced concrete outrigger wall, and both the steel truss and concrete outrigger wall work compositely to enhance the overall structural performance of the tower structures under extreme loads. Meanwhile, metal dampers of low-yield steel material were also adopted as a 'fuse' device between the hybrid outrigger and the column. The damper is engineered to be 'scarified' and yielded first under moderate to severe earthquakes in order to protect the structural integrity of important structural components of the hybrid outrigger system. As such, not brittle failure is likely to happen due to the severe cracking in the concrete outrigger wall. A comprehensive experimental research program was conducted into the structural performance of this new type of hybrid outrigger system. Studies on both the key component and overall system tests were conducted, which reveal the detailed structural response under various levels of applied static and cyclic loads. It was demonstrated that both the steel bracing and concrete outrigger wall are able to work compositely with the low-yield steel damper and exhibits both good load carrying capacities and energy dispersing performance through the test program. It has the potential to be applied and enhance the overall structural performance of the high-rise structures over 300 m under extreme levels of loads.
This paper experimentally studies the cyclic behavior of hybrid connections between steel coupling beams and concrete shear walls with embedded steel columns. Four beam-to-wall connection specimens with short and long embedded steel columns are tested under monotonic and cyclic loads, respectively. The influence of embedment length of columns on the failure mode and performance of connections is investigated. The results show that the length of embedded steel columns has significant effect on the failure mode of connections. A connection with a long embedded column has a better stiffness, load-bearing capacity and ductility than that of a short embedded column. The former fails due to the shear yielding of column web in the joint panel, while failure of the latter is initiated by the yielding of horizontal reinforcement in the wall due to the rigid rotation of the column. It is recommended that embedded steel columns should be placed along the entire height of shear walls to facilitate construction and enhance the ductility.
Seismic responses of RC core wall with two outriggers are investigated in this study. In the models analyzed here, one of the outriggers is fixed at the top of the building and the second is placed at different levels along the height of the system. Each of the systems resulting from the placement of the outrigger at different locations is designed according to the prescriptive codes. The location of the outrigger changes along the height. Linear design of all the structures is accomplished by using prescriptive codes. Buckling restrained braces (BRBs) are used in the outriggers and forward directivity near fault and far fault earthquake record sets are used at maximum considered earthquake (MCE) level. Results from nonlinear time history analysis demonstrate that BRB outriggers can change the seismic responses like force distribution and deformation demand of the RC core-walls over the height and lead to the new plastic hinge arrangement over the core-wall height. Plasticity extension in the RC core wall occurs at the base as well as adjacent to the outrigger levels. Considering the maximum inter-story drift ratio (IDR) demand as an engineering parameter, the best location for the second outrigger is at 0.75H, in which the maximum IDR at the region upper the second outrigger level is approximately equal to the corresponding value in the lower region.
This paper presents a study on the behavior of a bolted T-stub to square tube connection using Thread-fixed One-side Bolts (TOBs) through tests and numerical simulations. It outlines a research work of four connections with focus on the failure modes and strengths of the connection under tensile load. It was observed that the thread anchor failure caused by shear failure of hole threads controlled the final failure of the connection in the tests. Meanwhile, the out-of-plane deformation of tube wall resulted in the contact separation between hole threads and bolt threads, which in turn reduced the shear strength of hole threads. Finite element models (FEMs) allowing for the configuration details of the TOBs fixed connection are then developed and compared with the test results. Subsequently, the failure mechanism of hole threads and stress distribution of each component are analyzed based on FEM results. It was concluded that the ultimate strength of connection was not only concerned with the shear strength of hole threads, but also was influenced by the plastic out-of-plane deformation of tube wall. These studies lay a foundation for the establishment of suitable design methods of this type of connection.
The investigation of retaining wall structures behavior under dynamic loads is considered as one of important parts for designing such structures. Generally, the performance of these structures is under the influence of the environment conditions and their geometry. The aim of this research is to design retaining wall structures based on smart and optimal systems. The use of accuracy and speed to assess the structures under different conditions is one of the important parts sought by designers. Therefore, optimal and smart systems are able to have better addressing these problems. Using numerical and coding methods, this research investigates the retaining wall structure design under different dynamic conditions. More than 9500 models were constructed and considered for modelling design. These designs include height and thickness of the wall, soil density, rock density, soil friction angle, and peak ground acceleration (PGA) variables. Accordingly, a neural network system was developed to establish an appropriate relationship between data to obtain safety factor (SF) of retaining walls under different seismic conditions. Different parameters were analyzed and the effect of each parameter was assessed separately. According to these analyses, the structure optimization was performed to increase the SF values. The optimal and smart design showed that under different PGA conditions, the structure performance can be appropriately improved while utilization of the initial (or basic) parameters leads to the structure failure. Therefore, by increasing accuracy and speed, smart methods could improve the retaining structure performance in controlling the wall failure. The intelligent design process of this study can be applied to some other civil engineering applications such as slope stability.
Dayang Wang;Qihao Han;Shenchun Xu;Zhigang Zheng;Quantian Luo;Jihua Mao
Steel and Composite Structures
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v.48
no.4
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pp.385-403
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2023
To avoid premature damage to the connection joints of a conventional precast concrete shear wall, a new precast concrete shear wall system (NPSW) based on a plastic damage relocation design concept was proposed. Five specimens, including one monolithic cast-in-place concrete shear wall (MSW) as a reference and four NPSWs with different connection details (TNPSW, INPSW, HNPSW, and TNPSW-N), were designed and tested by lateral low-cyclic loading. To accurately assess the damage relocation effect and quantify the damage and deformation, digital image correlation (DIC) and conventional data acquisition methods were used in the experimental program. The concrete cracking development, crack area ratio, maximum residual crack width, curvature of the wall panel, lateral displacement, and deformed shapes of the specimens were investigated. The results showed that the plastic damage relocation design concept was effective; the initial cracking occurred at the bottom of the precast shear wall panel (middle section) of the proposed NPSWs. The test results indicated that the crack area ratio and the maximum residual crack width of the NPSWs were less than those of the MSW. The NPSWs were deformed continuously; significant distortions did not occur in their connection regions, demonstrating the merits of the proposed NPSWs. The curvatures of the middle sections of the NPSWs were lower than that of the MSW after a drift ratio of 0.5%. Among the NPSWs, HNPSW demonstrated the best performance, as its crack area ratio, concrete damage, and maximum residual crack width were the lowest.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.3
no.2
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pp.19-27
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2012
Structural insulated panels, which are structurally performed panels consisting of a plastic insulation bonded between two structural panel facings are one of emerging products with a viewpoint of its energy and construction efficiencies. These components are applicable to fabricated wood structures. By now, there are few technical documents regulated structural performance and engineering criteria in domestic market. This study was conducted to suggest fundamental reports such as racking resistance, axial capacity, transverse load capacity, and lintel load capacity for SIPs. Test results showed that maximum load was 44.3kN, allowable load was 14.7kN for racking resistance, and that maximum load was 137.6kN, allowable load was 37.4kN/m for axial compression capacity. For transverse load capacity, test results showed $10.3kN/m^2$ of maximum load, $3.4kN/m^2$ of allowable load. For lintel load capacity for SIPs dependent to lengths, allowable loads were 20.4kN for 600mm long lintel, 23.9kN for 1,200mm long lintel, 19.3kN for 1,800mm long lintel, and 2,400mm long lintel had 14.1kN of allowable load. In the near future, when the allowable load for wall application is established, SIPs is considered to substitute the existent post-and-lintel construction to bearing wall structure.
Lattice girder is a new steel support developed in Europe for the replacement of an existing H-shaped steel set, which is installed after tunnel excavation. Lattice girder has the following several advantages : 1. Lattice girder minimizes the amount of shotcrete shadow which happens to occur behind a steel support. 2. A triangular shape of lattice girder makes shotcrete placed efficiently. 3. Lattice girder provides a good bond strength for shotcrete, which makes the composite structure of lattice girder and shotcrete behave monolithic, and therefore, the rock load can be supported effectively by the lattice girder system, This paper presents the results from a model wall test, a strength test for shotcrete shot on the model wall and a strength test for the bond between lattice girder and shotcrete. These tests proved that lattice-girder system is superior to H-shaped steel-set system concerning the shotcrete rebound rate, the developed shotcrete strength and the adhesion characteristics.
The purpose of this study was to investigate the stresses in different proximal margins and to measure, quantitatively, the effect of different modifications in the design of preparations on the stresses using two-dimensional photoelasticity. Photoelastic stress analysis is based on the phenomenon, exhibited by most transparent solids, of becoming birefringent, or doubly refracting, when strained. Two birefringent materials were used in this study, PSM-1 and PSM-5 in .standard sheet ($10'{\times}10'{\times}\frac{1}{4}'$ thickness), PSM-1(polyester) was used for constructing the substructure, and PSM-5(epoxy resin) was used in making the restorations to be investigated. Two birefringent materials were used in the construction of composite photoelastic model. Seven variable models were constructed. The peripheral dimensions of all model were constant and the models represent an occlusomesial section of a lower posterior molar. Model 1 represents the knife edge margin (shoulderless), Model 2 represents the chamfer, Model 3 represents a rounded shoulder(no sharp angle between the axial wall and gingival floor), Model 4 represents a flat shoulder (axial wall is a $90^{\circ}$ angle to the gingival wall), Model 5 represents $+15^{\circ}$ angulation, Model 6 has a $-15^{\circ}$ angulation, and Model 7 is the same as Model 4 except that it has a $45^{\circ}$ bevel. Improved artificial stone was used to represent dental cement in luting the composite photoelastic model. Static loading procedures(100 pounds) were used at preplanned sites. The results were as follows; 1. The stresses in the proximal portion of all tested models were compressive in nature when the proximal shoulders were loaded vertically on the same proximal marginal ridge. 2. The round and chamfered preparations were the optimum designs in proximoocclusal restorations. They showed the lowest stress concentration factor, i.e. 2.16 and 2.23, respectively. The knife edged shoulder had the highest value, K=5.39. Round type shoulder geometry experiments reduced the stress concentration factor (S.C.F.) 3. The gingival portion of proximal shoulder geometry was a critical location for stress concentration.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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