When precast concrete infill panels are connected to steel frames at discrete locations, interaction at the structural interface is neither complete nor absent. The contribution of precast concrete infill panels to the lateral stiffness and strength of steel frames can be significant depending on the quality, quantity and location of the discrete interface connections. This paper presents preliminary experimental and finite element results of an investigation into the composite behaviour of a square steel frame with a precast concrete infill panel subject to lateral loading. The panel is connected at the corners to the ends of the top and bottom beams. The Frame-to-Panel-Connection, FPC4 between steel beam and concrete panel consists of two parts. A T-section with five achor bars welded to the top of the flange is cast in at the panel corner at a forty five degree angle. The triangularly shaped web of the T-section is reinforced against local buckling with a stiffener plate. The second part consists of a triangular gusset plate which is welded to the beam flange. Two bolts acting in shear connect the gusset plate to the web of the T-section. This way the connection can act in tension or compression. Experimental pull-out tests on individual connections allowed their load deflection characteristics to be established. A full scale experiment was performed on a one-storey one-bay 3 by 3 m infilled frame structure which was horizontally loaded at the top. With the characteristics of the frame-to-panel connections obtained from the experiments on individual connections, finite element analyses were performed on the infilled frame structures taking geometric and material non-linear behaviour of the structural components into account. The finite element model yields reasonably accurate results. This allows the model to be used for further parametric studies.
Masonry infill has a significant effect on stiffness contribution, strength and ductility of masonry-infilled frames. These effects may cause damage of weak floor, torsional damage or short-column failure in structures. This article presents experiments of 1/2.5-scale steel reinforced recycled aggregates concrete (SRRC) frames. Three specimens, with different infill rates consisted of recycled concrete hollow bricks (RCB), were subjected to static cyclic loads. Test phenomena, hysteretic curves and stiffness degradation of the composite structure were analyzed. Furthermore, effects of axial load ratio, aspect ratio, infill thickness and steel ratio on the share of horizontal force supported by the frame and the infill were obtained in the numerical example.
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.
The fundamental period (FP) is one of the most critical parameters for the seismic design of structures. In the reinforced concrete (RC) infilled frame, the infill walls significantly affect the FP because they change the stiffness and mass of the structure. Although several formulas have been proposed for estimating the FP of the RC infilled frame, they are often associated with high bias and variance. In this study, an efficient soft computing model, namely the group method of data handling (GMDH), is proposed to predict the FP of regular RC infilled frames. For this purpose, 4026 data sets are obtained from the open literature, and the quality of the database is examined and evaluated in detail. Based on the cleaning database, several GMDH models are constructed and the best prediction model, which considers the height of the building, the span length, the opening percentage, and the infill wall stiffness as the input variables for predicting the FP of regular RC infilled frames, is chosen. The performance of the proposed GMDH model is further underscored through comparison of its FP predictions with those of existing design codes and empirical models. The accuracy of the proposed GMDH model is proven to be superior to others. Finally, explicit formulas and a graphical user-friendly interface (GUI) tool are developed to apply the GMDH model for practical use. They can provide a rapid prediction and design for the FP of regular RC infilled frames.
Subramanian, K.;Mini, K.M.;Josephine Kelvina Florence, S.
Structural Engineering and Mechanics
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v.21
no.5
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pp.495-506
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2005
A neural network based model is developed for the structural analysis of masonry infilled steel frames, which can account for the non-linearities in the material properties and structural behaviour. Using the data available from the analytical methods, an ANN model with input parameters consisting of dimension of frame, size of infill, properties of steel and infill was developed. It was found to be acceptable in predicting the failure modes of infilled frames and corresponding failure load subject to limitations in the training data and the predicted results are tested using the available experimental results. The study shows the importance of validating the ANN models in simulating structural behaviour especially when the data are limited. The ANN model was also compared with the available experimental results and was found to perform well.
Sakr, Mohammed A.;Eladly, Mohammed M.;Khalifa, Tarek;El-Khoriby, Saher
Steel and Composite Structures
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v.30
no.5
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pp.443-456
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2019
Although numerous researchers demonstrated the significant difference in performance between the various beam-to-column connection types, most of the previous studies in the area of infilled steel frames focused on the behaviour of frames with welded connections. Therefore, there is a need for conducting studies on infilled steel frames with other common connection types (extended endplate with and without rib stiffeners, flush endplate and shear connections). In this paper, firstly, a two-dimensional finite-element model simulating the cyclic response of infilled steel frames was presented. The infill-frame interaction, as well as the interactions between connections' components, were properly modelled. Using the previously-validated model, a parametric study on infilled steel frames with five different beam-to-column connection types, under cyclic loading, was carried out. Several parameters, including infill material, fracture energy of masonry and infill thickness, were investigated. The results showed that the infilled frames with welded connections had the highest initial stiffness and load-carrying capacity. However, the infilled frames with extended endplate connections (without rib stiffeners) showed the greatest energy dissipation capacity and about 96% of the load-carrying capacity of frames with welded connections which indicates that this type of connection could have the best performance among the studied connection types. Finally, a simplified analytical model for estimating the stiffness and strength of infilled steel frames (with different beam-to-column connection types) subjected to lateral cyclic loading, was suggested.
Lemonis, Minas E.;Asteris, Panagiotis G.;Zitouniatis, Dimitrios G.;Ntasis, Georgios D.
Structural Engineering and Mechanics
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v.70
no.4
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pp.421-429
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2019
This paper presents an analytical model for the estimation of initial lateral stiffness of steel moment resisting frames with masonry infills. However, rather than focusing on the single bay-single storey substructure, the developed model attempts to estimate the global stiffness of multi-storey and multi-bay frames, using an assembly of equivalent springs and taking into account the shape of the lateral loading pattern. The contribution from each infilled frame panel is included as an individual spring, whose properties are determined on the basis of established diagonal strut macro-modeling approaches from the literature. The proposed model is evaluated parametrically against numerical results from frame analyses, with varying number of frame stories, infill openings, masonry thickness and modulus of elasticity. The performance of the model is evaluated and found quite satisfactory.
Park, Min-Jae;Min, Jeong-Ki;Yoon, Sung-Won;Ju, Young K.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.17
no.2
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pp.33-41
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2017
Composite Floor system infilled with PCM(Phase Change Material) between upper and lower steel plates was developed to apply the steel frame. When steel frames were applied this system, it can absolutely reduce the duration of construction due to dry construction method. However to apply this system as a structural floor member without fire resistance covering, it must have 2 hours fire resistance performance. Because PCM consisted of three quarters of section with thermal insulation performance, fire resistance performance of this floor system was expected to easily have 2 hours fire resistance performance. This paper was to investigate behavior characteristics of PCM infilled floor system at elevated temperature using FEM analysis to develop the fire resistance performance of it.
This paper presents a state-of-the-art review of the nonlinear modelling techniques available today for describing the structural behaviour of masonry infills and their interaction with frame structures subjected to in-plane loads. Following brief overviews on the behaviour of masonry-infilled frames and on the results of salient experimental tests, three modelling approaches are discussed in more detail: the micro, the meso and the macro approaches. The first model considers each of the infilled frame elements as separate: brick units, mortar, concrete and steel reinforcement; while the second approach treats the masonry infill as a continuum. The paper focuses on the third approach, which combines frame elements for the beams and columns with one or more equivalent struts for the infill panel. Due to its relative simplicity and computational speed, the macro model technique is more widely used today, though not all proposed models capture the main effects of the frame-infill interaction.
An experimental investigation is conducted here to study the effects of applying frictional sliding fuses (FSF) in concrete infilled steel frames. Firstly, the influences of some parameters on the behavior of the sliding fuse are studied: Methods of adjusting the FSF for a certain sliding strength are explained and influences of time duration, welding and corrosion are investigated as well. Based on the results, time duration does not significantly affect the FSF, however influences of welding and corrosion of the constitutive plates are substantial. Then, the results of testing two 1/3 scale single-storey single-bay concrete infilled steel frames having FSF are presented. The specimens were similar, except for different regulations of their fuses, tested by displacement controlled cyclic loading. The results demonstrate that applying FSF improves infill behaviors in both perpendicular directions. The infilled frames with FSF have more appropriate hysteresis cycles, higher ductility, much lower deteriorations in strength and stiffness in comparison with regular ones. Consequently, the infills, provided with FSF, can be regarded as an engineered element, however, special consideration should be taken into the affecting parameters of their fuses.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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