An experimental study has been carried out to investigate the effect of beam to column connection rigidity on the behavior of infilled steel frames. Five half scale, single-story and single-bay specimens, including four infilled frames, as well as, one bare frame, were tested under in-plane lateral cyclic reversal loading. The connections of beam to column for bare frame as well as two infill specimens were rigid, whereas those of others were pinned. For each frame type, two different infill panels were considered: (1) masonry infill, (2) masonry infill strengthened with shotcrete. The experimental results show that the infilled frames with pinned connections have less stiffness, strength and potential of energy dissipation compared to those with rigid connections. Furthermore, the validity of analytical methods proposed in the literature was examined by comparing the experimental data with analytical ones. It is shown that the analytical methods overestimate the stiffness of infilled frame with pinned connections; however, the strength estimation of both infilled frames with rigid and pinned connections is acceptable.
Results of an experimental program are presented in this paper for the influence of vertical load on the in-plane behavior of masonry infilled steel frames. Five half-scaled single-story, single-bay steel frame specimens were tested under cyclic lateral loading. The specimens included four infilled frames and one bare frame. Two similar specimens as well as the bare frame had moment-resisting steel frames, while the remaining two specimens had pinned steel frames. For each frame type, one specimen was tested under simultaneous vertical and lateral loading, whereas the other was subjected only to lateral loading. The experimental results show that the vertical load changes the cracking patterns and failure modes of the infill panels. It improves dissipated hysteresis energy and equivalent viscous damping. Global responses of specimens, including stiffness and maximum strength, do no change by vertical loading considerably. Regarding the ductility, the presence of vertical load is ignorable in the specimen with moment-resisting frame. However, it increases the ductility of the infilled pinned frame specimen, leading to an enhancement in the m-factor by at least 2.5 times. In summary, it is concluded that the influence of the vertical load on the lateral response of infilled frames can be conservatively ignored.
An experimental study was performed to investigate the cyclic behavior of the reinforced concrete frame with infilled steel plate. For this purpose, three-story compositewalls using infilled steel plates (RCSPW) were tested. The parameters for this test were the reinforcement ratio of the column and opening in the infilled steel plate. A reinforced concrete infilled wall (RCIW) and a reinforced concrete frame (RCF) were also tested for comparison. The deformation capacity of the RCSPW specimen was significantly greater than that of the RCIW specimen, although the two specimens exhibited the same load-carrying capacity. Like the steel plate walls with the steel boundary frame, RCSPW specimens showed excellent strength, deformation capacity, and energy dissipation capacity. Furthermore, by using infilled steel plates, shear cracking and failure of the column-beam joint were prevented. By using a strip model, the stiffness and strength of the RCSPW specimens were predicted. The results were compared with the test results.
Teeuwen, P.A.;Kleinman, C.S.;Snijder, H.H.;Hofmeyer, H.
Steel and Composite Structures
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v.10
no.1
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pp.1-21
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2010
As an alternative for conventional structures for tall buildings, a hybrid lateral load resisting structure has been designed, enabling the assembly of tall buildings directly from a truck. It consists of steel frames with discretely connected precast concrete infill panels provided with window openings. Besides the stiffening and strengthening effect of the infill panels on the frame structure, economical benefits may be derived from saving costs on materials and labour, and from reducing construction time. In order to develop design rules for this type of structure, the hybrid infilled frame has recently been subjected to experimental and numerical analyses. Ten full-scale tests were performed on one-storey, one-bay, 3 by 3 m infilled frame structures, having different window opening geometries. Subsequently, the response of the full-scale experiments was simulated with the finite element program DIANA. The finite element simulations were performed taking into account non-linear material characteristics and geometrical non-linearity. The experiments show that discretely connected precast concrete panels provided with a window opening, can significantly improve the performance of steel frames. A comparison between the full-scale experiments and simulations shows that the finite element models enable simulating the elastic and plastic behaviour of the hybrid infilled frame.
Han Min Ki;Lee Hye Yeon;Kim Hyo Jin;Lee Kab Weon;Choi Chang Sik;Yun Hyun Do
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2005.11a
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pp.73-76
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2005
This paper discussed finite element method(FEM) models of the reinforced concrete frame retrofitted with cast-in plate infilled shear wall and analysed under constant axial and monotonic lateral load using ABAQUS. Detailed finite element models are created by studying the monotonic load response of the designed connection of reinforced concrete frame and cast-in plate infilled shear wall. The developed models account for the effect of material inelasticity, concrete cracking, geometric nonlinearity and bond-slip of steel, frame and infilled shear wall. In order to verify the proposed FEM, this study behaved analysis considered a diagonal reinforced steel. The analytical results compared with the experimental results.
The effects of plaster on the behavior of single-story single-bay masonry-infilled steel frames under in-plane base accelerations have been experimentally investigated by a shake-table. Tested structures were made in a 1/3 scale, with realistic material properties and construction methods. Steel frames with high and low flexural rigidity of beams and columns were considered. Each type of frame was tested with three variants of masonry: (i) non-plastered masonry; (ii) masonry infill with conventional plaster on both sides; and (iii) masonry infill with a polyvinyl chloride (PVC) net reinforced plaster on both sides. Masonry bricks were made of lightweight cellular concrete. Each frame was firstly successively exposed to horizontal base accelerations of an artificial accelerogram, and afterwards, to horizontal base accelerations of a real earthquake. Characteristic displacements, strains and cracks in the masonry were established for each applied excitation. It has been concluded that plaster strengthens the infill and prevents damages in it, which results in more favorable behavior and increased bearing capacity of plastered masonry-infilled frames compared to non-plastered masonry-infilled frames. The load-bearing contribution of the adopted PVC net in the plaster was not noticeable for the tested specimens, probably due to relative small cross section area of fibers in the net. Behavior of masonry-infilled steel frames significantly depends on frame stiffness. Strong frames have smaller displacements than weak frames, which reduces deformations and damages of an infill.
This study evaluates the effectiveness of a newly developed retrofitting scheme for masonry-infilled non-ductile RC frames experimentally and by numerical simulation. The technique focuses on modifying the load path and yield mechanism of the infilled frame to enhance the ductility. A vertical gap between the column and the infill panel was strategically introduced so that no shear force is directly transferred to the column. Steel brackets and small vertical steel members were then provided to transfer the interactive forces between the RC frame and the masonry panel. Wire meshes and high-strength mortar were provided in areas with high stress concentration and in the panel to further reduce damage. Cyclic load tests on a large-scale specimen of a single-bay, single-story, masonry-infilled RC frame were carried out. Based on those tests, the retrofitting scheme provided significant improvement, especially in terms of ductility enhancement. All retrofitted specimens clearly exhibited much better performances than those stipulated in building standards for masonry-infilled structures. A macro-scale computer model based on a diagonal-strut concept was also developed for predicting the global behavior of the retrofitted masonry-infilled frames. This proposed model was effectively used to evaluate the global responses of the test specimens with acceptable accuracy, especially in terms of strength, stiffness and damage condition.
This paper presents the results of a series of tests carried out on cold-formed steel rectangular hollow and concrete infilled beam to column connections and frames. A stub column was chosen such that overall buckling does not influence the connection behaviour. The beam chosen was a short-span cantilever with a concentrated load applied at the free end. The beam was connected to the columns along the strong and weak axes of columns and these connections were tested to failure. Twelve experiments were conducted on cold-formed steel direct welded tubular beam to column connections and twelve experiments on connections with concrete infilled column subjected to monotonic loading. In all the experiments conducted, the stiffness of the connection, the ductility characteristics and the moment rotation behaviour were studied. The dominant mode of failure in hollow section connections was chord face yielding and not weld failure. Provision of concrete infill increases the stiffness and the ultimate moment carrying capacity substantially, irrespective of the axis of loading of the column. Weld failure and bearing failure due to transverse compression occurred in connections with concrete infilled columns. Six single-bay two storied frames both with and without concrete infill, and columns loaded along the major and minor axes were tested to failure. Concentrated load was applied at the midspan of first floor beam. The change in behaviour of the frame due to provision of infill in the column and in the entire frame was compared with hollow frames. Failure of the weld at the junction of the beam occurred for frames with infilled columns. Design expressions are suggested for the yielding of the column face in hollow sections and bearing failure in infilled columns which closely predicted the experimental failure loads.
In this paper, the non-linear behavior of masonry-infill and bare steel frames using different beam-column connections under monotonic static loading was investigated through a parametric study. Numerical models were carried out using one- and two-dimensional modelling to validate the experimental results. After validating the experimental results by using these models, a parametric study was carried out to model the behavior of these frames using flushed, extended, and welded connections. The results showed that using the welded or extended connection is more efficient than using the flushed type in masonry-infilled steel frames, since the lateral capacities, initial stiffness, and toughness have been increased by 155%, 601%, and 165%, respectively in the case of using welded connections compared with those used in bare frames. The FE investigation was broadened to study the influence of the variation of the uniaxial column loads on the lateral capacities of the bare/infill steel frames. As the results showed when increasing the amount of uniaxial loading on the columns, whether in tension or compression, causes the lateral load capacity of the columns to decrease by 26% for welded infilled steel frames. Finally, the influence of using different types of beam-to-column connections on the vertical capacities of the bare/infill steel frames under settlement effect was also studied. As a result, it was found that, the vertical load capacity of all types of frames and with using any type of connections is severely reduced, and this decrease may reach 62% for welded infilled frames. Furthermore, the flushed masonry-infilled steel frame has a higher resistance to the vertical loads than the flushed bare steel frame by 133%.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.26
no.4
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pp.65-72
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2022
Recently, damage to buildings due to earthquakes in Korea occurred mainly in school buildings and Piloti-type multi-family houses, highlighting the need for seismic retrofit for buildings of the same type. In the early days of the seismic retrofit project for school facilities, various patented methods using dampers as a ductile seismic retrofit method were applied without sufficient verification procedures. However, in 「School Facility Seismic Performance Evaluation and Retrofit Manual, 2021」, when the patented method is applied, it must be applied through a separate strict verification procedure, and instead, the strength/stiffness retrofit method was induced as a general method. In practice,when evaluating seismic performance for retrofit by infilled steel frame with brace, the analysis model is constructed by directly connecting only the steel brace to the existing RC member. However, if the frame is removed from the analysis model of the infilled steel frame with brace, the force reduction occurring on the existing RC member near the retrofit is considered to be very large, and this is judged to affect the review of whether to retrofit the foundation or not. Therefore, in this study, preliminary analysis with variables such as whether or not steel frame is taken into account and frame link method for the analysis model of RC school building retrofitted by infilled steel frame with brace and nonlinear analysis for actual 3-story school building was performed, and basic data for rational analysis model setting were presented by comparing preliminary analysis and pushover analysis results for each variable.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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