Lu Deng;Min Zhu;Michael C.H. Yam;Ke Ke;Zhongfa Zhou;Zhonghua Liu
Structural Engineering and Mechanics
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제86권5호
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pp.589-605
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2023
This paper investigates the ductility demands of steel frames equipped with self-centring fuses under near-fault earthquake motions considering multiple yielding stages. The study is commenced by verifying a trilinear self-centring hysteretic model accounting for multiple yielding stages of steel frames equipped with self-centring fuses. Then, the seismic response of single-degree-of-freedom (SDOF) systems following the validated trilinear self-centring hysteretic law is examined by a parametric study using a near-fault earthquake ground motion database composed of 200 earthquake records as input excitations. Based on a statistical investigation of more than fifty-two (52) million inelastic spectral analyses, the effect of the post-yield stiffness ratios, energy dissipation coefficient and yielding displacement ratio on the mean ductility demand of the system is examined in detail. The analysis results indicate that the increase of post-yield stiffness ratios, energy dissipation coefficient and yielding displacement ratio reduces the ductility demands of the self-centring oscillators responding in multiple yielding stages. A set of empirical expressions for quantifying the ductility demands of trilinear self-centring hysteretic oscillators are developed using nonlinear regression analysis of the analysis result database. The proposed regression model may offer a practical tool for designers to estimate the ductility demand of a low-to-medium rise self-centring steel frame equipped with self-centring fuses progressing in the ultimate stage under near-fault earthquake motions in design and evaluation.
This paper presents some quasi-static tests for 4 mixed columns composed of CFST column and RC column. The seismic performance and failure mode were studied under low-cyclic revised loading. The failure mode was observed under different axial compression ratios. The hysteretic curve and skeleton curve were obtained. The effects of axial compression ratio on yield mechanism, displacement ductility, energy dissipation, stiffness and strength attenuation were analyzed. The results indicate that the failure behavior of CFST-RC mixed column with archaized style is mainly caused by bending failure and accompanied by some shear failure. The axial compression ratio performs a control function on the yielding order of the upper and lower columns. The yielding mechanism has a great influence on the ductility and energy dissipation capacity of specimens. Based on the experiment, finite element analysis was made to further research the seismic performance by ABAQUS software. The variable parameters were stiffness ratio of upper and lower columns, axial compression ratio, yielding strength of steel tube, concrete strength and rebar ratio. The simulation results show that with the increase of stiffness ratio of the upper and lower columns, the bearing capacity and ductility of specimens can correspondingly increase. As the axial compression ratio increases, the ductility of the specimen decreases gradually. The other three parameters both have positive effect on the bearing capacity but have negative effect on the ductility. The results can provide reference for the design and engineering application of mixed column consisted of CFST-RC in Chinese archaized buildings.
Muhammad Saad Ifrahim;Abdul Jabbar Sangi;Shuaib H. Ahmad
Computers and Concrete
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제31권6호
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pp.527-536
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2023
Fiber Reinforced Polymer (FRP) bar has emerged as a viable and sustainable replacement to steel in reinforced concrete (RC) under severe corrosive environment. The behavior of concrete columns reinforced with FRP bars, spirals, and hoops is an ongoing area of research. In this study, 3D nonlinear numerical modelling of circular concrete columns reinforced with Glass Fiber Reinforced Polymer (GFRP) bars and transversely confined with GFRP spirals were conducted using fracture-plastic model. The numerical models and experimental results are found to be in good agreement. The effectiveness of confinement was accessed through von-mises stresses, and it was found that the stresses in the concrete's core are higher with a 30 mm pitch (46 MPa) compared to a 60 mm pitch (36 MPa). The validated models are used to conduct parametric studies. In terms of axial load carrying capacity and member ductility, the effect of concrete strength, spiral pitch, and longitudinal reinforcement ratio are thoroughly investigated. The confinement effect and member ductility of a GFRP RC column increases as the spiral pitch decreases. It is also found that the confinement effect and member ductility decreased with increase in strength of concrete.
This paper describes the effect of span-to-depth ratio, which describes aspect of cell formed with top diaphragm steel plate, on capacity in composite steel-concrete structure of sandwich system. The span-to-depth ratio \ulcorner load-carrying mechanism and load-distribution capacity of structure. Therefore, stress levels of members and load-resis\ulcorner of system vary according to span-depth ratio. In this study, numerical nonlinear analysis was performed to various ratio for two types(MA, MB) composite structure of sandwich system to analyze the influence of span-to-depth ratio or, behavior. The difference of load-carrying mechanism and stress of members results from analysis results, then bas\ulcorner differences, the effects of span-to-depth ratio on shear capacity, flexural capacity and load-resistance capacity were analyze effects on failure mode and ductility were briefly. As a results of this study, as span-to-depth ratio increases, \ulcorner bottom steel plate and concrete lower. This implies an increase in effective flexural and shear capacity. Therefore lo\ulcorner capacity of structure improves as span-to-depth ratio increases, Especially, the effect is greate in shear than flexural span-to-depth ratio increases, this difference between flexural and shear capacity may change failure mode and ductility. span-to-depth ratio increases capacity increases more than flexural capacity, we should expect that structural behavior mode gradually change from shear to flexural and ductility of structure gradually improves.
The response of a reinforced concrete element under cyclic shear is characterized by the hysteretic loops of the shear stress-strain curves. Recent tests have shown that the orientation of steel grids in RC shear elements has a strong effect on the "pinching effect" and ductility in the post-yield hysteretic loops. In this paper, four RC elements are considered to study the effect of the steel grid orientation on "pinching effect" and ductility. The presence and absence of the pinching mechanism in the post-yield shear hysteretic loops are studied using the Rotating Angle Softened Truss Model (RA-STM) theory.
RC교량이 내진성능을 확보하기 위해서는 교각의 연성도가 목표연성도에 도달하기 전에 발생하는 전단파괴가 방지되어야 한다. 이를 위해서는 신뢰성 있는 전단강도 평가식이 요구된다. 횡하중을 받는 RC기둥의 전단강도는 변위연성도의 증가에 따라 감소 하는 특성을 나타낸다. 다수의 연구자에 의해 전단강도 식이 제안되어 있으나 변위연성도가 작은 구역에서의 초기전단강도와 연성도 증가에 따른 전단강도의 감소율에서 많은 차이를 보이고 있다. 본 연구에서는 저자들이 제안한 초기전단강도를 기본으로 하여 다른 연구자에 의해서 수행된 많은 기둥실험 결과를 분석하여 변위연성도를 고려한 새로운 전단강도 평가식을 제안하였다, 제안된 평가식은 다른 평가식과의 비교를 통해 정확도가 크게 개선된 것을 확인하였다.
This study was intended to investigate the cyclic behavior of high strength concrete beam-column connection. Four assemblies were designed 2/3 scale beam-column-slab joint and tested. The obtained results are follows. 1) The transverse beams increase the shear resistance and ductility of joint, 2) The slab was contributed to increase of the flexural capacity of the beam, but was not contributed to increase the joint ductility under lateral loads.
SFRC(Steel Fiber Reinforced Concrete) has advantage of crack resistance and ductility failure behavior. But the study which investigated about effect of steel fiber under bearing stress is not to be enough, and it does not be sure of criterion of SFRC for allowable bearing stress formula in internal specification. The purpose of this study is to clear the influence of SFRC on the bearing capacity and ductility of material through static loading test. additionally, arrive an allowable bearing stress formula for SFRC and examine mechanical behaviro by the 3-D finite element analysis.
Shear strengthening method by steel plates and fiber reinforced polymer lamination has recently been favorably selected due to its efficiencies of duration and performance. Shear failure being brittle and difficult to predict, reinforced concrete structures must have sufficient capacity to absorb the energy for shear failure and to support temporarily the overload which may result due to the loss of shear capacity to the structure. These respects being considered, this research has carried out with the purpose of the experimental verification of the shear strengthening effect and ductility evaluation.
The effect of the micro-internal stress which is induced in the ferrite grain by plastic constraint, on fracture behavior was investigated. The specimen used has combined microstructure with matrix of ferrite encapsulated by second phase of martensite. The micro-internal stress in the ferrite grain was estimated using a simple mechanical model, and its effect on micro and macro fracture behaviors was discussed. The results obtained are summarized as follows; The micro-internal stress promotes the formation of cleavage cracks in the ferrite during deformation. Consequently, it was concluded that the internal stress is one of the significant factors which cause the fracture ductility to decrease.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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