Masonry infill walls are unavoidable parts of any building to create a separation between internal space and external environment. In general, there are some prevalent openings in the infill wall due to functional needs, architectural considerations or aesthetic concerns. In current design practice, the strength and stiffness contribution of infill walls is not considered. However, the presence of infill walls may decisively influence the seismic response of structures subjected to earthquake loads and cause a different behavior from that predicted for a bare frame. Furthermore, partial openings in the masonry infill wall are significant parameter affecting the seismic behavior of infilled frames thereby decreasing the lateral stiffness and strength. The possible effects of openings in the infill wall on seismic behavior of RC frames is analytically studied by means of pushover analysis of several bare, partially and fully infilled frames having different bay and story numbers. The stiffness loss due to partial opening is introduced by the stiffness reduction factors which are developed from finite element analysis of frames considering frame-infill interaction. Pushover curves of frames are plotted and the maximum base shear forces, the yield displacement, the yield base shear force coefficient, the displacement demand, interstory drift ratios and the distribution of story shear forces are determined. The comparison of parameters both in terms of seismic demand and capacity indicates that partial openings decisively influences the nonlinear behavior of RC frames and cause a different behavior from that predicted for a bare frame or fully infilled frame.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2004.11a
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pp.453-456
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2004
RC frames built prior to the advent of the philosophy of ductile concrete is one type of existing construction susceptible to damage. Strengthening and stiffening of such frames has been accomplished by infilled frames with cast-in-place, reinforced concrete walls. Placement of CIP shear walls within strategic bays of a structure appears to be a logical and economical method to strengthen a reinforced concrete frame and to stiffen a building in order to reduce architectural and mechanical damage. This study investigates the seismic performance of cast-in place infilled shear wall within existing frames. The object of this study is to clarify the seismic capacity and characteristics in the hysteretic behavior of bare frame, CIP infilled shear wall and CIP infilled wall reinforced diagonal bars.
The fundamental period is an important parameter for seismic design and seismic risk assessment of building structures. In this paper, a simplified theoretical method to predict the fundamental period of masonry infilled reinforced concrete (RC) frame is developed based on the basic theory of engineering mechanics. The different configurations of the RC frame as well as masonry walls were taken into account in the developed method. The fundamental period of the infilled structure is calculated according to the integration of the lateral stiffness of the RC frame and masonry walls along the height. A correction coefficient is considered to control the error for the period estimation, and it is determined according to the multiple linear regression analysis. The corrected formula is verified by shaking table tests on two masonry infilled RC frame models, and the errors between the estimated and test period are 2.3% and 23.2%. Finally, a probability-based method is proposed for the corrected formula, and it allows the structural engineers to select an appropriate fundamental period with a certain safety redundancy. The proposed method can be quickly and flexibly used for prediction, and it can be hand-calculated and easily understood. Thus it would be a good choice in determining the fundamental period of RC frames infilled with masonry wall structures in engineering practice instead of the existing methods.
Reinforced concrete frames with a masonry infill panel is a structural typology frequently used worldwide. In seismic cases, the interaction between the masonry infill and the RC frames constitutes one of the most complex subjects in earthquake engineering. In this work, an enhancement of an existing numerical model is proposed to improve the estimation of lateral strength and stiffness of masonry-infilled frame structures and predict their probable failure modes. The proposed improvement is based on attributing corrective coefficients to the shear strength of each diagonal shear spring of the macro element, which simulates the masonry infill. The improved numerical model is validated by comparing the results with those of the original numerical model and with experimental results available in the literature. The enhanced macro element model can be used as a powerful, accessible tool for assessing the capacity and stiffness of masonry-infilled frame structures and predicting their probable failure modes.
Many public buildings such as schools, hospitals, etc., where partial infill walls are present in reinforced concrete (RC) structures, have undergone undesirable damage/failure attributed to captive column effect during a moderate to severe earthquake shaking. Often, the situation gets worsened when these RC frames are non-ductile in nature, thus reducing the deformable capability of the frame. Also, in many parts of the Indian subcontinent, it is mandatory to use fly-ash bricks for construction so as to reduce the burden on the disposal of fly-ash produced at thermal power plants. In some scenario, when the non-ductile RC frame, partially infilled by fly-ash bricks, suffers major structural damage, the challenge remains on how to retrofit and restore it. Thus, in this study, two full-scale one-bay, one-story non-ductile RC frame models, namely, bare frame and RC partially infilled frame with fly-ash bricks in 50% of its opening area are considered. In the previous experiments, these models were subjected to slow-cyclic displacement-controlled loading to replicate damage due to a moderate earthquake. Now, in this study these damaged frames were retrofitted and an experimental investigation was performed on the retrofitted specimens to examine the effectiveness of the proposed retrofitting scheme. A hybrid retrofitting technique combining epoxy injection grouting with an innovative and easy-to-implement steel jacketing technique was proposed. This proposed retrofitting method has ensured proper confinement of damaged concrete. The retrofitted models were subjected to the same slow cyclic displacement-controlled loading which was used to damage the frames. The experimental study concluded that the hybrid retrofitting technique was quite effective in enhancing and regaining various seismic performance parameters such as, lateral strength and lateral stiffness of partially fly-ash brick infilled RC frame. Thus, the steel jacketing retrofitting scheme along with the epoxy injection grouting can be relied on for possible repair of the structural members which are damaged due to the captive column effect during the seismic shaking.
It is quite apparent that engineering concerns related to the influence of masonry infills on seismic behavior of reinforced concrete (RC) structures is likely to remain relevant in the long term, as infill walls maintain their functionalities in construction practice. Within this framework, the present paper mainly deals with the issue in terms of modal expansion of effective earthquake forces and the resultant modal responses. An adequate determination of spatial distribution of effective earthquake forces over the height of the building is highly essential for both seismic analysis and design. The possible influence of infill walls is investigated by means of modal analyses of two-, three-, and four-bay RC frames with a number of stories ranging from 3 to 8. Both uniformly and non-uniformly infilled frames are considered in numerical analyses, where infill walls are simulated by adopting the model of equivalent compression strut. Consequently, spatial distribution of effective earthquake forces, modal static base shear force response of frames, modal responses of story shears from external excitation vector and lateral floor displacements are obtained. It is found that, infill walls and their arrangement over the height of the frame structure affect the spatial distribution of modal inertia forces, as well as the considered response quantities. Moreover, the amount of influence varies in stories, but is not very dependent to bay number of frames.
In this study, the efficiency of adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) and genetic expression programming (GEP) in predicting the effects of infill walls on base reactions and roof drift of reinforced concrete frames were investigated. Current standards generally consider weight and fundamental period of structures in predicting base reactions and roof drift of structures by neglecting numbers of floors, bays, shear walls and infilled bays. Number of stories, number of bays in x and y directions, ratio of shear wall areas to the floor area, ratio of bays with infilled walls to total number bays and existence of open story were selected as parameters in GEP and ANFIS modeling. GEP and ANFIS have been widely used as alternative approaches to model complex systems. The effects of these parameters on base reactions and roof drift of RC frames were studied using 3D finite element method on 216 building models. Results obtained from 3D FEM models were used to in training and testing ANFIS and GEP models. In ANFIS and GEP models, number of floors, number of bays, ratio of shear walls and ratio of infilled bays were selected as input parameters, and base reactions and roof drifts were selected as output parameters. Results showed that the ANFIS and GEP models are capable of accurately predicting the base reactions and roof drifts of RC frames used in the training and testing phase of the study. The GEP model results better prediction compared to ANFIS model.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.14
no.1
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pp.63-70
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2010
The purpose of this study is to investigate experimentally the behavior of unreinforced masonry RC frames strengthened by CFRP sheet under cyclic lateral loading. Four test specimens were constructed as one-story, one-bay, 1/2 scale unreinforced masonry infilled RC frames and differences in strength and stiffness were evaluated in specimens on which had been applied different retrofitting methods. Test results indicated that the CFRP sheets significantly increased the strength and stiffness of the specimens, and the specimens retrofitted in columns and masonry indicated the most adequate retrofitting methods.
Aknouche, Hassan;Airouche, Abdelhalim;Bechtoula, Hakim
Earthquakes and Structures
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v.16
no.3
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pp.329-348
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2019
The main objective of this experimental research was to investigate the Seismic performance of reinforced concrete frames infilled with perforated clay brick masonry wall of a type commonly used in Algeria. Four one story-one bay reinforced concrete infilled frames of half scale of an existing building were tested at the National Earthquake Engineering Research Center Laboratory, CGS, Algeria. The experiments were carried out under a combined constant vertical and reversed cyclic lateral loading simulating seismic action. This experimental program was performed in order to evaluate the effect and the contribution of the infill masonry wall on the lateral stiffness, strength, ductility and failure mode of the reinforced concrete frames. Numerical models were developed and calibrated using the experimental results to match the load-drift envelope curve of the considered specimens. These models were used as a bench mark to assess the effect of normalized axial load on the seismic performance of the RC frames with and without masonry panels. The main experimental and analytical results are presented in this paper.
De Domenico, Dario;Falsone, Giovanni;Laudani, Rossella
Structural Engineering and Mechanics
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v.68
no.4
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pp.423-442
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2018
In this paper, masonry infilled reinforced concrete (RC) frames are analyzed through a probabilistic approach. A macro-modeling technique, based on an equivalent diagonal pin-jointed strut, has been resorted to for modelling the stiffening contribution of the masonry panels. Since it is quite difficult to decide which mechanical characteristics to assume for the diagonal struts in such simplified model, the strut width is here considered as a random variable, whose stochastic characterization stems from a wide set of empirical expressions proposed in the literature. The stochastic analysis of the masonry infilled RC frame is conducted via the Probabilistic Transformation Method by employing a set of space transformation laws of random vectors to determine the probability density function (PDF) of the system response in a direct manner. The knowledge of the PDF of a set of response indicators, including displacements, bending moments, shear forces, interstory drifts, opens an interesting discussion about the influence of the uncertainty of the masonry infills and the resulting implications in a design process.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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