3-dimentional precast recycled aggregate concrete (RAC) finite element models were developed by means of the platform OpenSees to implement sophisticated nonlinear model subjected to seismic loads. Efforts were devoted to the dynamic responses (including dynamic characteristics, acceleration amplifications, displacements, story drifts) and capacity curve. In addition, this study extended the prediction on dynamic response of precast RAC model by parametric study of material properties that represent the replacement percentage of recycled coarse aggregate (RCA). Principles and assumptions that represent characteristics of precast structure and influence of the interface between head of column and cast-in-place (CIP) joint on the stiffness of the joints was put forward and validated by test results. The comparison between simulated and tested results of the precast RAC frame shows a good correlation with most of the relative errors about 25% in general. Therefore, the adopted assumptions and the platform OpenSees are a viable approach to simulate the dynamic response of precast frames made of RAC.
The unexpected seismic interaction of dry-assembled precast concrete frame structures typical of the European heritage with their precast cladding panels brought to extensive failures of the panels during recent earthquakes due to the inadequateness of their connection systems. Following this recognition, an experimental campaign of cyclic and pseudo-dynamic tests has been performed at ELSA laboratory of the Joint Research Centre of the European Commission on a full-scale prototype of precast structure with vertical and horizontal cladding panels within the framework of the Safecladding project. The panels were connected to the frame structure by means of innovative arrangements of fastening systems including isostatic, integrated and dissipative. Many of the investigated configurations involved a strong frame-cladding interaction, modifying the structural behaviour of the frame turning it into highly non-linear since small deformation. In such cases, properly modelling the connections becomes fundamental in the framework of a design by non-linear dynamic analysis. This paper presents the peculiarities of the numerical models of precast frame structures equipped with the various cladding connection systems which have been set to predict and simulate the experimental results from pseudo-dynamic tests. The comparison allows to validate the structural models and to derive recommendations for a proper modelling of the different types of existing and innovative cladding connection systems.
Teeuwen, P.A.;Kleinman, C.S.;Snijder, H.H.;Hofmeyer, H.
Steel and Composite Structures
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제10권1호
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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.
A new type of precast CFST column to RC beam braced frame is proposed in this paper. A series of shake table tests were conducted to excite a one-third scale six-story model for investigating the global seismic performance of this type of structure against earthquake actions. Particular emphasis was given to its dynamic property, global seismic responses and failure path. Correspondingly, a numerical model built on the basis of fiber-beam-element model, multi-layer shell model and element-deactivation method was developed to simulate the seismic performance of the prototype structure. Numerical results were compared with the measured values from shake table tests to verify the validity and reliability of the numerical model. The results demonstrated that the proposed novel precast CFST column to RC beam braced frame performs excellently under strong earthquake excitations; the "strong CFST column-weak RC beam" and "strong connection-weak member" anti-seismic design principles can be easily achieved; the maximum deflections of precast CFSTC-RCB braced frame satisfied the deflection limitations proposed in national code; the numerical model can properly simulate the dynamic property and responses of the precast CFSTC-RCB braced frame that are highly concerned in engineering practice.
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.
The composite PC rahmen structure, called Green Frame, allows the main structural members such as PC column and beam to be produced on the site, resulting in a reduction of PC member transportation cost and the margin of PC plant (operation cost and profit), making it more economic than the bearing wall structure. To apply the Green Frame to practice, not only installation but also insitu-production process should be considered. Therefore, this study analyse the influence factors on insitu-production and installation schedule of composite precast concrete members. The results shall be used as basic criteria on the planning of insitu-production and installation of Green Frame.
Choi, Seung-Ho;Hwang, Jin-Ha;Lee, Deuck Hang;Kim, Kang Su;Zhang, Dichuan;Kim, Jong Ryeol
Computers and Concrete
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제22권4호
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pp.383-393
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2018
Infill wall strengthening method has been widely used for seismic strengthening of deteriorated reinforced concrete (RC) frame structures with non-seismic details. Although such infill wall method can ensure sufficient lateral strengths of RC frame structures deteriorated in seismic performances with a low constructional cost, it generally requires quite cumbersome construction works due to its complex connection details between an infill wall and existing RC frame. In this study, an advanced seismic strengthening method using externally-anchored precast wall panels (EPCW) was developed to overcome the disadvantage inherent in the existing infill wall strengthening method. A total of four RC frame specimens were carefully designed and fabricated. Cyclic loading tests were then conducted to examine seismic performances of RC frame specimens strengthened using the EPCW method. Two specimens were fully strengthened using stocky precast wall panels with different connection details while one specimen was strengthened only in column perimeter with slender precast wall panels. Test results showed that the strength, stiffness, and energy dissipation capacity of RC frame specimens strengthened by EPCWs were improved compared to control frame specimens without strengthening.
Green frame is column-beam structure composed of precast concrete members. Based on Revision of Structural Concrete Design Code, the bottom rebar of beam shall be extend at least 150mm into the support member. However, if the bottom rebar extend to satisfy Revision of Structural Concrete Design Code, the installation fo beam is impossible due to interference between the columns and beams. Thus, the aim of this study is estimation of production length of precast concrete beam by using splice length of bottom rebar. In this study to solve this problem, lap splice were used on the join. This study was calculated length of the reinforcement by the diameter. According to the length of the rebar, the production length of beam concrete was calculated. The results of this study will satisfy the Revision of Structural Concrete Design Code about column-beam connection when green frame will be applied.
Logistics facilities are characterized by wide spans and high flooring, most of which are constructed with PC (Precast Concrete) methods to meet a wide range of commercial and industrial needs. However, the PC structure is a pin joint design, and the construction cost is increased due to the restrictions caused by the installation process, and the construction period is lengthened. In order to solve the above problem, SMART Frame, which is a structural system similar to the steel frame structure, was developed by embedding a steel frame at both ends of the PC. The purpose of this study is to analyze the erection time reduction effect of steel connected precast concrete components (SMART frames) for long span and heavy loaded logistics buildings compared to existing PC frames. For this study, a logistics building constructed with pin joint PC components is selected as a case. The result is compared with the existing PC frame to confirm the erection time reduction effect.
The precast reinforced concrete frame system is a method for industrialization of construction. However, the seismic performance factor of this structural system is not explicitly clarified in some existing building codes. In this paper, the seismic performance factor for the existing precast concrete building frame systems with cast-in-situ reinforced shear walls were evaluated. Nonlinear behavior of the precast beam-column joints and cast-in-situ reinforced shear walls were considered in the modeling of the structures. The ATC-19's coefficient method was used for calculating the seismic performance factor and the FEMA P-695's approach was adopted for evaluating the accuracy of the computed seismic performance factor. The results showed that the over-strength factor varies from 2 to 2.63 and the seismic performance factor (R factor) varies from 5.1 to 8.95 concerning the height of the structure. Also, it was proved that all of the examined buildings have adequate safety against the collapse at the MCE level of earthquake, so the validity of R factors was confirmed. The obtained incremental dynamic analysis (IDA) results indicated that the minimum adjusted collapse margin ratio (ACMR) of the precast buildings representing the seismic vulnerability of the structures approximately equaled to 2.7, and pass the requirements of FEMA P-695.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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