A new seismic design methodology was proposed for precast concrete diaphragms. This methodology adopts seismic design factors applied on top of current diaphragm design forces. These factors are aimed to produce diaphragm design strengths aligned with different seismic performance targets. These factors were established through extensive parametric studies. These studies used a simple evaluation structure with a single-bay rectangular diaphragm. The simple evaluation structure is suitable for establishment of the design factors over comprehensive structural geometry and design parameters. However, the application of the design factors to prototype structures with realistic layouts requires further verification and investigation. This paper presents diaphragm design of several precast concrete parking structures using the new design methodology and verification of the design factor through nonlinear dynamic time history analyses. The seismic behavior and performance of the diaphragm were investigated for the precast concrete parking structures. It was found that the design factor established for the new design methodology is applicable to the realistic precast concrete parking structures.
Zhang, Dichuan;Fleischman, Robert B.;Lee, Deuckhang
Earthquakes and Structures
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제20권1호
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pp.13-27
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2021
A new seismic design methodology has been developed for precast concrete diaphragms. Seismic design factors were used to be applied on top of diaphragm seismic design forces in the current code. These factors, established through extensive parametric studies, align diaphragm design strengths with different seismic performance targets. A simplified evaluation structure with a single-bay plan was used in the parametric studies. This simplified evaluation structure is reasonable and cost-effective as it can comprehensively cover structural geometries and design parameters. However, further verification and investigation are required to apply these design factors to prototype structures with realistic layouts. This paper presents diaphragm design of several precast concrete office buildings using the new design methodology. The applicability of the design factor to the office building was evaluated and verified through nonlinear time history analyses. The seismic behavior and performance of the diaphragm were investigated for the precast concrete office buildings. It was found that the design factor established for the new design methodology is applicable to the realistic precast concrete office buildings.
Zhang, Dichuan;Fleischman, Robert B.;Lee, Deuckhang
Computers and Concrete
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제25권3호
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pp.273-282
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2020
A new seismic design methodology for precast concrete diaphragms has been developed and incorporated into the current American seismic design code. This design methodology recognizes that diaphragm inertial forces during earthquakes are highly influenced by higher dynamic vibration modes and incorporates the higher mode effect into the diaphragm seismic design acceleration determination using a first mode reduced method, which applies the response modification coefficient only to the first mode response but keeps the higher mode response unreduced. However the first mode reduced method does not consider effects of diaphragm flexibility, which plays an important role on the diaphragm seismic response especially for the precast concrete diaphragm. Therefore this paper investigated the effect of diaphragm flexibility on the diaphragm seismic design acceleration for precast concrete shear wall structures through parametric studies. Several design parameters were considered including number of stories, diaphragm geometries and stiffness. It was found that the diaphragm flexibility can change the structural dynamic properties and amplify the diaphragm acceleration during earthquakes. Design equations for mode contribution factors considering the diaphragm flexibility were first established through modal analyses to modify the first mode reduced method in the current code. The modified first mode reduced method has then been verified through nonlinear time history analyses.
The purpose of this study is to develop a new structural system for precast deck plate bridge. In order to investigate load distribution and composite effects by connecting diaphragms and precast deck plate to main girder with shear keys, computer analysis with F.E.M S/W package program ADINA was carried out. As results of analysis, the following could be concluded : -The distance between diaphragms with6m is suficient for crossing load distribution effects. -The composite effects by connection deck plate to main girder with shear key is reasonable. -The gap between deck plate and main girder under given load is negligible.
Ilyas Aidyngaliyev;Dichuan Zhang;Robert Fleischman;Chang-Seon Shon;Jong Kim
Computers and Concrete
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제33권2호
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pp.195-204
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2024
Floor inertial forces are transferred to lateral force resisting systems through a diaphragm action during earthquakes. The diaphragm action requires floor slabs to carry in-plane forces. In precast concrete diaphragms, these forces must be carried across the joints between precast floor units as they represent planes of weakness. Therefore, diaphragm reinforcement with sufficient strength and deformability is necessary to ensure the diaphragm action for the floor inertial force transfer. In a shake table test for a three-story precast concrete structure, an unexpected local failure in the diaphragm flexural reinforcement occurred. This failure caused loss of the diaphragm action but did not trigger collapse of the structure due to a possible alternative path for the floor inertial force transfer. This paper investigates this failure event and its impact on structural seismic responses based on the shake table test and simulation results. The simulations were conducted on a structural model with discrete diaphragm elements. The structural model was also validated from the test results. The investigation indicates that additional floor inertial force will be transferred into the gravity columns after loss of the diaphragm action which can further result in the increase of seismic demands in the gravity column and diaphragms in adjacent floors.
In recent years, precast prestressed concrete segmental box girder bridges have been increasingly constructed Expansion disphragm segment of this type bridge transfers forces from the superstructure onto bearing or column, and plays an important roll of anchorage zone for longitudinal prestressed forces. Non-linear stresses occur inside of diaphragms by these extensive concentrated forces. In this study, the strut-and-tie models are proposed to design an expansion segment rationally. A formula to determine the effective transverse prestressed forces is proposed on the basis of these models. The present study is expected to provide an effective tool to design expansion segment of prestressed concrete bridges rationally.
Due to the recent increase in domestic seismic activity and the proliferation of PC structure buildings, there is a pressing need for a fundamental study to develop and revise the design criteria for Half-PC slabs. In this study, we propose criteria for determining the rigid diaphragm based on the aspect ratio of Half-PC slabs and investigate the structural effects based on the presence of chord element installation. This study concluded that Half-PC slabs with an aspect ratio of 3.0 or lower can be designed as rigid diaphragms. When chord elements are installed, it is possible to design Half-PC slabs with an aspect ratio of 4.0 or lower as rigid diaphragms. In addition, the increase in the aspect ratio of the Half-PC slab leads to a decrease in the in-plane stiffness of the structure, confirming that the reduction effect of the maximum displacement in force direction (𝜟max ) due to the increase in wall stiffness is predominantly influenced by flexibility.
A novel precast concrete-encased steel composite beam, which can be abbreviated as PCES beam, is introduced in this paper. In order to investigate the shear behavior of this PCES beam, a test of eight full-scale PCES beam specimens was carried out, in which the specimens were subjected to positive bending moment or negative bending moment, respectively. The factors which affected the shear behavior, such as the shear span-to-depth aspect ratio and the existence of concrete flange, were taken into account. During the test, the load-deflection curves of the test specimens were recorded, while the crack propagation patterns together with the failure patterns were observed as well. From the test results, it could be concluded that the tested PCES beams could all exhibit ductile shear behavior, and the innovative shear connectors between the precast concrete and cast-in-place concrete, namely the precast concrete transverse diaphragms, were verified to be effective. Then, based on the shear deformation compatibility, a theoretical model for predicting the shear capacity of the proposed PCES beams was put forward and verified to be valid with the good agreement of the shear capacities calculated using the proposed method and those from the experiments. Finally, in order to facilitate the preliminary design in practical applications, a simplified calculation method for predicting the shear capacity of the proposed PCES beams was also put forward and validated using available test results.
The function of diaphragms at abutments and piers of prestressed concrete (PSC) box girder train bridge is to transfer forces from the superstructure onto bearings or column and to stiffen the superstructure cross-section against in-plane deformation. Due to large stress disturbance at diaphragm, the design for the diaphragm using conventional design method is relatively irrational than designs for other structual members. And, due to contribution to boundary condition of deck slab by the diaphragm, the behavior of deck slab near the diaphragm is different from behavior of the deck slab obtained from two dimensional analysis of the bridge, which is basis far the design of deck slab. In this paper, three dimensional behavior of deck slab near diaphragm of PSC box girder train bridge constructed by the precast span method are analyzed by using three dimensional finite element modeling. Then, strut-and-tie model is applied to design the diaphragm of PSC box girder train bridge. The modeling techniques in this paper can be applied effectively to examine the causes of cracks at deck slab near diaphragm and to design diaphragm rationally.
The functions of diaphragms at abutments and piers of PSC box girder railway bridge are to transfer forces from the superstructure onto bearings or columns and to stiffen the superstructure cross-section against in -plane deformation. Due to stress disturbance at diaphragm, the design for the diaphragm using conventional design method is relatively irrational than those for other structural members. And, due to contribution to boundary condition of deck slab by the diaphragm, the behavior of deck slab near the diaphragm is different from that of the deck slab obtained from two dimensional analysis of the bridge, which is basis for the design of deck slab. In this paper, three dimensional behavior of deck slab near the diaphragm of prestressed concrete (PSC) box girder railway bridge constructed by the precast span method are analyzed by using three dimensional finite element modeling and using the strut-and-tie model design of the diaphragm are presented. The modeling techniques used in this paper can be applied effectively to examine the causes of cracks at deck slab near diaphragm and to design diaphragm rationally.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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