The in-situ pushover test differs from the shake-table test because it is performed outdoors and thus its size is not restricted by space, which allows us to test a full-size building. However, to build a new full-size building for the test is not economical, consequently scholars around the world usually make scale structures or full-scale component units to be tested in the laboratory. However, if in-situ pushover tests can be performed on full-size structures, then the seismic behaviors of buildings during earthquakes can be grasped. In view of this, this study conducts two in-situ pushover tests of reinforced concrete (RC) buildings. One is a masonry-infilled RC building with openings (the openings ratio of masonry infill wall is between 24% and 51%) and the other is an RC building without masonry infill. These two in-situ pushover tests adopt obsolescent RC buildings, which will be demolished, to conduct experiment and successfully obtain seismic capacity curves of the buildings. The test results are available for the development or verification of a seismic evaluation model. This paper uses ASCE 41-17 as the main evaluation model and is accompanied by a simplified pushover analysis, which can predict the seismic capacity curves of low-rise buildings in Taiwan. The predicted maximum base shear values for masonry-infilled RC buildings with openings and for RC buildings without masonry infill are, respectively, 69.69% and 87.33% of the test values. The predicted initial stiffness values are 41.04% and 100.49% of the test values, respectively. It can be seen that the ASCE 41-17 evaluation model is reasonable for the RC building without masonry infill walls. In contrast, the analysis result for the masonry infilled RC building with openings is more conservative than the test value because the ASCE 41-17 evaluation model is limited to masonry infill walls with an openings ratio not exceeding 40%. This study suggests using ASCE 41-17's unreinforced masonry wall evaluation model to simulate a masonry infill wall with an openings ratio greater than 40%. After correction, the predicted maximum base shear values of the masonry infilled RC building with openings is 82.60% of the test values and the predicted initial stiffness value is 67.13% of the test value. Therefore, the proposed method in this study can predict the seismic behavior of a masonry infilled RC frame with large openings.
Walls are the most important vertical load-carrying elements of masonry structures. Their bond designs are different from one country to another. This paper presents the shear effects of some structural bond designs commonly used for masonry walls. Six different bond designs are considered and modeled using finite element procedures under lateral loading to examine the shear behavior of masonry walls. To obtain accurate results, finite element models are assumed in the inelastic region. Crack development patterns for each wall are illustrated on deformed meshes, and the numerical results are compared.
This paper presents a comparative experimental study on structural behavior of the interlocking masonry walls under in-plane cyclic loading. The main purpose of this study is to increase lateral load-bearing capacities of masonry walls by using interlocking units. The interlocking units were designed by considering failure modes of masonry walls and produced using lightweight foamed concrete. To this end, three masonry walls which are hollow, fully grouted, and reinforced were constructed with interlocking units. Also, a traditional masonry brick wall was built for comparison reasons. The walls were tested under in-plane cyclic loading. Then, structural parameters of the walls such as lateral load bearing and total energy dissipation capacities, ductility, stiffness degradation as well as failure modes obtained from the tests were compared with each other. The results have shown that the walls with the interlocking units have better structural performance than traditional masonry brick walls and they may be used in the construction of low-rise masonry structures in rural areas to improve in-plane structural performance.
Zengin, Basak;Toydemir, Burak;Ulukaya, Serhan;Oktay, Didem;Yuzer, Nabi;Kocak, Ali
Structural Engineering and Mechanics
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제67권6호
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pp.579-585
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2018
Masonry walls are of a complex (anisotropic) structure in terms of their mechanical properties. The mechanical properties of the walls are affected by the properties of the materials used in wall construction, joint thickness and the type of masonry bond. The carried-out studies, particularly in the seismic zones, have revealed that the most of the conventional masonry walls were constructed without considering any engineering approach. Along with that, large-scale damages were detected on such structural elements after major earthquake(s), and such damages were commonly occurred at the brick-joint interfaces. The aim of this study was to investigate the effect of joint thickness and also type of mortar on the mechanical behavior of the masonry walls. For this aim, the brick masonry walls were constructed through examination of both the literature and the conventional masonry walls. In the construction process, a single-type of brick was combined with two different types of mortar: cement mortar and hydraulic lime mortar. Three different joint thicknesses were used for each mortar type; thus, a total of six masonry walls were constructed in the laboratory. The mechanical properties of brick and mortars, and also of the constructed walls were determined. As a conclusion, it can be stated that the failure mechanism of the brick masonry walls differed due to the mechanical properties of the mortars. The use of bed joint thickness not less than 20 mm is recommended in construction of conventional masonry walls in order to maintain the act of brick in conjunction with mortar under load.
비보강 조적조 건축물은 전세계적으로 기존의 건물 및 역사 건축물의 많은 부분을 차지하고 있다. 특히, 최근 지진이 전세계적으로 빈번하게 나타남에 따라 비보강 조적조 구조물에 대한 내진 보강 대책이 요구되고 있다. 현재 비보강 조적조의 보강방법으로는 숏크리트, ECC jacketing, FRPs(fiber reinforced polymer sheet) 등이 개발되어 사용되고 있다. 특히 많은 엔지니어들이 FRPs를 사용한 보강방법을 채택하는 경향이 보이는데 이는 숏크리트나 ECC jacketing과는 달리 벽체의 두께 확장에 따른 구조물 자중 증가 문제없이 비보강 조적조의 전단강도를 향상시킬 수 있기 때문이다. 그러나 비보강 조적 벽체의 복잡한 역학적 거동과 FRPs를 사용한 실험 데이터의 부족은 아직까지도 적절한 보강량을 산정하는데 어려움을 주고 있다. 이 연구는 비보강 조적조의 면내 거동을 확인하고 두 가지의 다른 특징을 가진 FRPs를 사용한 보강 효과에 대한 정보를 주기 위해 수행되었다. 실험체는 1970년대 한국에서 빈번하게 지어진 저층형 연립주택의 내벽을 대상으로 하고 있으며 별도의 내진 설계는 되어있지 않은 상태이다. 실험체의 형상비는 실제 상황을 반영하기 위해 1에 가깝게 설정되어 있다. 보강 재료로는 탄소섬유보강 시트와 하이브리드 시트를 사용하였으며 이들은 각각 다른 극한 강도와 탄성계수 및 극한 변형률을 보유하고 있다. 연구 결과 비보강 조적 벽체의 면내 전단력 저항 성능을 확인하였으며 FRPs가 사용된 내진 보강 방안의 특성을 분석할 수 있었다. 또한 FRPs를 사용한 보의 전단보강 방법에 착안하여 비보강 조적조에 대한 FRPs의 보강 설계안을 도출할 수 있었다.
Stone masonry structures are widely used around the world, but they deteriorate easily, due to low shear strength capacity. Many techniques have been developed to increase the shear strength of stone masonry constructions. The aim of this experimental study was to investigate the performance of stone masonry walls strengthened by metal connectors as an alternative shear reinforcement technique. For this purpose, three new metal connector (clamp) types were developed. The shear strength of the walls was improved by applying these clamps to stone masonry walls. Ten stone masonry walls were structurally tested in diagonal compression. Various parameters regarding the in-plane behavior of strengthening stone masonry walls, including shear strength, failure modes, maximum drift, ductility, and shear modulus, were investigated. Experimentally obtained shear strengths were confirmed by empirical equations. The results of the study suggest that the new clamps developed for the study effectively increased the levels of shear strength and ductility of masonry constructions.
Full-scale shake table seismic experiments and low-amplitude vibration tests on a masonry building are carried out to assess its seismic performance as well as study the effectiveness of a new multifunctional textile material for retrofitting masonry structures against earthquakes. The un-reinforced and the retrofitted with glass fiber reinforced polymer (GFRP) strips masonry building was subjected to a series of earthquake excitations of increasing magnitude in order to progressively induce various small, moderate and severe levels of damage to the masonry walls. The performance of the original and retrofitted building states is evaluated. Changes in the dynamic characteristics (lowest four modal frequencies and damping ratios) of the building are used to assess and quantify the damage states of the masonry walls. For this, the dynamic modal characteristics of the structure states after each earthquake event were estimated by performing low-amplitude impulse hammer and sine-sweep forced vibration tests. Comparisons between the modal results calculated using traditional accelerometers and those using Fiber Bragg Grating (FBG) sensors embedded in the reinforcing textile were carried on to investigate the reliability and accuracy of FBG sensors in tracking the dynamic behaviour of the building. The retrofitting actions restored the stiffness characteristics of the reinforced masonry structure to the levels of the original undamaged un-reinforced structure. The results show that despite a similar dynamic behavior identified, corresponding to reduction of the modal frequencies, the un-reinforced masonry building was severely damaged, while the reinforced masonry building was able to withstand, without visual damage, the induced strong seismic excitations. The applied GFRP reinforcement architecture for one storey buildings was experimentally proven reliable for the most severe earthquake accelerations. It was easily placed in a short time and it is a cost effective solution (covering only 20% of the external wall surfaces) when compared to the cost for full wall coverage by GFRPs.
Lightly reinforced concrete (RC) moment frames may suffer significant damage during large earthquake events. Most buildings with RC moment frames were designed without considering seismic loads. The load-displacement response of gravity load designed frames could be altered by masonry infill walls. The objective of this study is to investigate the load-displacement response of gravity load designed frames with masonry infill walls. For this purpose, three-story gravity load designed frames with masonry infill walls were considered. The masonry infilled RC frames demonstrated larger lateral strength and stiffness than bare RC frames, whereas their drift capacity was less than that of bare frames. A specimen with a partial-height infill wall showed the least drift capacity and energy dissipation capacity. This specimen failed in shear, whereas other specimens experienced a relatively ductile failure mode (flexure-shear failure).
Karantoni, Fillitsa;Tsionis, Georgios;Lyrantzaki, Foteini;Fardis, Michael N.
Earthquakes and Structures
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제6권6호
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pp.689-713
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2014
The seismic vulnerability of stone masonry buildings is studied on the basis of their fragility curves. In order to account for out-of-plane failure modes, normally disregarded in past studies, linear static Finite Element analysis in 3D of prototype regular buildings is performed using a nonlinear biaxial failure criterion for masonry. More than 1100 analyses are carried out, so as to cover the practical range of the most important parameters, namely the number of storeys, percentage of side length in exterior walls taken up by openings, wall thickness, plan dimensions and number of interior walls, type of floor and pier height-to-length ratio. Results are presented in the form of damage and fragility curves. The fragility curves correspond well to the damage observed in masonry buildings after strong earthquakes and are in good agreement with other fragility curves in the literature. They confirm what is already known, namely that buildings with stiff floors or higher percentage of load-bearing walls are less vulnerable, and that large openings, taller storeys, larger number of storeys, higher wall slenderness and higher ratio of clear height to horizontal length of walls increase the vulnerability, but show also by how much.
In this paper, a methodology for the estimation of masonry elasticity and shear moduli is presented, for linear elasticity considerations. The methodology is based on the assumption that for a "periodic" masonry wall, which is formed by the repetition of a basic unit containing blocks and mortar, the mechanical characteristics of the unit are representative of the characteristics of the entire wall. For their calculation, the finite element analysis method is used. A micro-model with finite elements simulating separately the blocks and the mortar is developed. An equivalent finite element model, using an homogenous material is also developed and assuming equivalence of strains for the two models, the homogenous material properties are estimated. The efficiency of the method and its applicability limits are investigated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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