An experimental investigation of composite beams composed of wide flange steel and precast concrete is presented. The bottom flange of the steel section is encased in precast concrete. The composite beams tested in this study were designed to reduce the depth of the slab and beam. The slabs are constructed on top of the edges of the Structural Composite Hybrid System, instead of on top of the steel flange, decreasing the depth of the beams. When concrete is cast on the metal deck plate located on the edges of the precast concrete, the weight of the concrete slabs and other construction loads must be supported by the contacts between the steel and the precast concrete. This interface must not exhibit bearing failures, shear failures, and failures caused by torque due to the loading of the precast concrete. When the contact area between the concrete and the bottom flange of the steel beam is small, these failures of the concrete are likely and must be prevented. The premature failure of precast concrete must not also be present when the weight of the concrete slabs and other construction loads is loaded. This paper presents a load carrying capacity of Structural Composite Hybrid System in order to observe the failure mode. The symmetrically distributed loading that caused the failure of the composite beam was found. The paper also provides design recommendations of such type of composite structure.
Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction
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v.35
no.10
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pp.155-162
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2019
Hybrid precast concrete panel is a wall element that is able to quickly construct the core wall structure for moderate-rise modular buildings. Hybrid precast concrete panel has unique characteristics which is a pair of C-shaped steel beams combined at the top and bottom of a concrete wall, In this study, an improved anchorage detail for vertical rebar is proposed to ensure the lateral force resistance performance of hybrid precast concrete panel emulating monolithic concrete wall. Also, the structural performance of horizontal connection is investigated experimentally with the bolt spacing parameter. And the behavior of hybrid precast concrete panel with the improved detail is compared with the monolithic concrete wall tested in a previous study. Finally, the required thickness of C-shaped steel beam to eliminate or minimize the deformation in horizontal connection is calculated by prying action equation.
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.
Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction
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v.34
no.9
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pp.11-18
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2018
As the height of the modular buildings increases, their stability becomes more and more dependent on the core. All traditional construction methods in structural concrete and steel can be utilized for cores in modular buildings but a core system with dry connection is more desirable to complete a greater degree of factory finish and faster erection of modular buildings. In order to do that, the hybrid PC(precast concrete) panel, which has a pair of C-shaped steel beams combined at the top and bottom of a concrete wall, was developed, In this study the cyclic lateral loading test on the hybrid PC panel is carried out and the panel configurations are examined to enhance the structural performance in comparison with the RC wall. Experimental results show that the strength of hybrid PC panel is about 70% of thar ot RC wall and the anchorage of vertical reinforcing bar welded to C-shaped steel beam needs to be improved.
A lateral load resisting system is a necessary structural element for the mid- to high-rise modular buildings and concrete cores are known as the most typical lateral load resisting systems in 10- to 20-story modular buildings. It is difficult to construct a concrete core simultaneously with the installation and finishing work of modular units because concrete placed using wet methods might contaminate or destroy the modular unit. Therefore, we have developed a hybrid PC (precast concrete) panel construction method that can construct a concrete core together with the installation of modular units. The hybrid PC panel is a load-bearing element in which a pair of C-shaped beams are combined at the top and bottom of a concrete wall. Concrete cores can be constructed by dry method to connect the hybrid PC panels with bolts. In this study, the details and connection of hybrid PC panels are improved to have the lateral performance comparable to reinforced concrete structural walls and are verified through FE analysis.
In this study, new moment-resisting precast concrete beam-column joint made up of hybrid steel concrete was developed and tested. This beam-column joint is proposed for use in moderate seismic regions. It has square hollow tubular section in concrete column and connecting plate in precast U-beam. The steel elements in column and beam members were connected using bolt. Furthermore, in order to prevent the premature failure of concrete in hybrid steel-concrete connection, ECC(engineered cementitious composite) was used. An experimental study was carried out investigating the joint behavior subjected to reversed cyclic loading and constant axial compressive load. Two precast beam-column joint specimens and monolithic reinforced concrete joint specimen were tested. The variables for interior joints were cast-in-situ concrete area and transverse reinforcement within the joint. Tests were carried out under displacement controlled reverse cyclic load with a constant axial load. Joint performance is evaluated on the basis of connection strength, stiffness, energy dissipation, and displacement capacity. The test results showed that significant differences in structural behavior between the two types of connection because of different bonding characteristics between steel and concrete; steel and ECC. The proposed joint detail can induce to move the plastic hinge out of the ECC and steel plate. And proposed precast connection showed better performance than the monolithic connection by providing sufficient moment-resisting behavior suitable for applications in moderate seismic regions.
Han, Sun-Jin;Joo, Hyo-Eun;Choi, Seung-Ho;Heo, Inwook;Kim, Kang Su
Steel and Composite Structures
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v.38
no.6
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pp.691-703
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2021
In this study, experiments were conducted to evaluate the flexural performance of prestressed hybrid wide flange (PHWF) beams with hollowed steel webs. A total of four PHWF beams were fabricated, where the width and spacing of the steel webs and the presence of cast-in-place (CIP) concrete were set as the main test parameters, and their flexural behavior and crack patterns, and the longitudinal strain distribution in a section with respect to the width and spacing of the steel webs were analyzed in detail. The experiment results showed that, as the ratio of the width to the spacing of the steel webs decreased, the flexural stiffness and strength of the PHWF beams without CIP concrete decreased. In addition, in the case of composite PHWF beam with CIP concrete, fully composite behavior between the precast concrete and the CIP concrete was achieved through the embedded steel member. Finite element analyses were performed for the PHWF beams considering the bond properties between the hollowed steel webs and concrete, and nonlinear flexural analyses were also conducted reflecting the pre-compressive strains introduced only into the bottom flange. From the comparison of the test and analysis results, it was confirmed that the analysis models proposed in this study well evaluated the flexural behavior of PHWF beams with and without CIP concrete.
Hwang, Jin-Ha;Lee, Deuck Hang;Oh, Jae Yuel;Choi, Seung-Ho;Kim, Kang Su;Seo, Soo-Yeon
Steel and Composite Structures
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v.20
no.6
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pp.1259-1274
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2016
A precast composite column system has been developed in this study by utilizing multi interlocking spiral steel into a centrifugally-formed hollow-core precast (CHPC) column. The proposed hybrid column system can have enhanced performances in the composite interaction behavior between the hollowed precast column and cast-in-place (CIP) core-filled concrete, the lap splice performance of bundled bars, and the confining effect of concrete. In the experimental program, reversed cyclic loading tests were conducted on a conventional reinforced concrete (RC) column fabricated monolithically, two CHPC columns filled with CIP concrete, and two steel-reinforced concrete (SRC) columns. It was confirmed that the interlocking spirals was very effective to enhance the structural performance of the CHPC column, and all the hollow-core precast column specimens tested in this study showed good seismic performances comparable to the monolithic control specimen.
Moghadasi, Mostafa;Marsono, Abdul Kadir;Mohammadyan-Yasouj, Seyed Esmaeil
Steel and Composite Structures
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v.25
no.2
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pp.245-255
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2017
The performance of an Industrialised Building System (IBS) consists of prefabricated reinforced concrete components, is greatly affected by the behaviour of the connection between beam and columns. The structural characteristics parameters of a beam-to-column connection like rotational stiffness, strength and ductility can be explained by load-rotation relationship of a full scale H-subframe under gravitational load. Furthermore, the connection's degree of rigidity directly influences the behaviour of the whole frame. In this research, rotational behaviour of a patented innovative beam-to-column connection with unique benefits like easy installation, no wet work, no welding work at assembly site, using a hybrid behaviour of steel and concrete, easy replacement ability, and compatibility with architecture was investigated. The proposed IBS beam-to-column connection includes precast concrete components with embedded steel end connectors. Two full-scale H-subframes constructed with a new IBS and conventional cast in-situ reinforced concrete system beam-to-column connections were tested under incremental static loading. In this paper, load-rotation relationship and ratio of the rigidity of IBS beam-to-column connection are studied and compared with conventional monolithic reinforced concrete connection. It is concluded that this new IBS beam-to-column connection benefits from more rotational ductility than the conventional reinforced concrete connection. Furthermore, the semi-rigid IBS connection rigidity ratio is about 44% of a full rigid connection.
Wu, Xiangguo;Zhang, Xuesen;Zhang, Qingtan;Zhang, Dong;Yang, Xiaojing;Qiu, Faqiang;Park, Suhyun;Kang, Thomas H.K.
Steel and Composite Structures
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v.44
no.3
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pp.407-421
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2022
Prefabricated hybrid wind turbine towers (WTTs) are promising due to height increase. This study proposes the use of ultra-high performance concrete (UHPC) to develop a new type of WTT without the need to use reinforcement. It is demonstrated that the UHPC WTT structure without reinforcing bars could achieve performance similar to that of reinforced concrete WTTs. To simplify the design of WTT, a design approach for the calculation of stresses at the horizontal joints of a WTT is proposed. The stress distribution near the region of the horizontal joint of the WTT structure under normal operating conditions and different load actions is studied using the proposed approach, which is validated by the finite element method. A further parametric study shows that the degree of prestressing and the bending moment both significantly affect the principal stress. The shear-to-torsion ratio also shows a significant influence on the principal tensile stress.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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