Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.7
no.1
s.24
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pp.11-20
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2007
The study proposes the method to cancel the scallop to avoid fracture of the circumstance of the scallop at H shape column-to-beam connection and reinforce at beam flange two faces with the cover plates and rib. A total of four specimens were tested to enhance seismic performance of building structure by reducing the frequency of stress concentration and preventing the brittle fracture of scallop. For this purpose, four full-scale test specimens were made and loaded with quasi-static reversed cyclic loading. The main analytical parameters are panel-zone-strength ratio, yield strengths, initial stiffness, total plastic rotation, contribution of each element to total plastic rotation and energy dissipation capability. For the specimens tested under repeated loading, the experimental result was satisfied with seismic performance requirement as the Special Moment Frames (SMF). The analysis results show that all of the test specimens were found to have good performance to 4% story drift and satisfied the criteria for the plastic roation capacity of SMFs that is 0.03 rad. according to the 1997 AISC seismic provision.
Jouneghani, Habib Ghasemi;Haghollahi, Abbas;Beheshti-Aval, S. Bahram
Steel and Composite Structures
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v.37
no.2
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pp.175-191
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2020
In this article, for the first time, the seismic behavior of elliptic-braced moment resisting frame (ELBRF) is assessed through a laboratory program and numerical analyses of FEM specifically focused on the development of global- and local-type failure mechanisms. The ELBRF as a new lateral braced system, when installed in the middle bay of the frames in the facade of a building, not only causes no problem to the opening space of the facade, but also improves the structural behavior. Quantitative and qualitative investigations were pursued to find out how elliptic braces would affect the failure mechanism of ELBRF structures exposed to seismic action as a nonlinear process. To this aim, an experimental test of a ½ scale single-story single-bay ELBRF specimen under cyclic quasi-static loading was run and the results were compared with those for X-bracing, knee-bracing, K-bracing, and diamond-bracing systems in a story base model. Nonlinear FEM analyses were carried out to evaluate failure mechanism, yield order of components, distribution of plasticity, degradation of structural nonlinear stiffness, distribution of internal forces, and energy dissipation capacity. The test results indicated that the yield of elliptic braces would delay the failure mode of adjacent elliptic columns and thus, help tolerate a significant nonlinear deformation to the point of ultimate failure. Symmetrical behavior, high energy absorption, appropriate stiffness, and high ductility in comparison with the conventional systems are some of the advantages of the proposed system.
There has been much focus on the strong axis steel moment connections after the Northridge earthquake in 1994. However, research studieson the seismic behavior of weak axis moment connections could be hardly found despite the fact that these connection details have been frequently used as seismic details of MRF in Korea. Therefore, the objective of this research is to provide better knowledge on the seismic behavior of weak-axis steel moment connections, which can be widely applicable to many structures with similar characteristics. For this purpose, an experimental program was designed and performed with twotypes of weak-axis steel moment connections, namely the bracket type and WUF-B type, based on the survey of existing field data and literatures. Using the experimental results obtained from the quasi-static cyclic testing of these specimens, structural performances of the joints such as hysteretic curves, maximum strength capacities and the strain of reinforced bars were investigated. From the test results, the bracket-type connection was shown to have more than a 5% story drift capacity, compared with the WUF-B type connection's 4%. These specimens were also shown to have higher strength capacities than the nominal design strength. The bracket-type connection showed a slow strength degradation after maximum strength was researched. However,the WUF-B type connection showed a rapid strength degradation that caused brittle behavior.
Han, Sang-Whan;Kee, Seong-Hoon;Kang, Tomas H.K.;Cho, Jong;Lee, Li-Hyung
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.18
no.5
s.95
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pp.595-602
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2006
An experimental study was conducted to investigate seismic behaviour of post-tensioned(PT) exterior slab-column connections used for the purpose to resist gravity loads only. For these, 2/3-scale, two PT post-tensioned exterior connections with two different tendon arrangement patterns and one conventional reinforced concrete(RC) exterior connection was tested under quasi-static, uni-directional reversed cyclic loading. During the lateral testing, gravity forces transferred to the column were kept constant to closely simulate a moment to shear ratio of a real building. One of the objectives of this study was to assess the necessity and/or the quantity of bottom bonded reinforcement needed to resist moment reversal which would occur under significant inelastic deformations of the adjacent lateral force resisting systems. The ACI 318 and 352 provisions for structural integrity were applied to provide the bottom reinforcement passing through the column for the specimens. Prior test results were also collected to conduct comparative studies for some design parameters such as the tendon arrangement pattern, the effect of post-tensioning forces and the use of bottom bonded reinforcement. Consequently, the impact of tendon arrangement on the seismic performance of the PT connection, that is lateral drift capacity and ductility, dissipated energy and failure mechanism, was considerable. Moreover, test results showed that the amount of bottom reinforcement specified by ACI 352. 1R-89 was sufficient for resisting positive moments arising from moment reversal under reversed cyclic loads. Shear strength of the tested specimens was more accurately predicted by the shear strength equation(ACI 318) considering the average compressive stress over the concrete($f_{pc}$) due to post-tensioning forces than that without considering $f_{pc}$.
The research study is focuses on a form of all-bolted joint with the external ring stiffening plate in the prefabricated steel structure. The components are bolted at site after being fabricated in the factory. Six specimens were tested under cyclic loading, and the effects of column axial compression ratio, concrete-filled column, beam flange sub plate, beam web angle cleats, and spliced column on the failure mode, hysteretic behavior and ductility of the joints were analyzed. The results shown that the proposed all-bolted joint with external ring stiffening plate performed high bearing capability, stable inflexibility degradation, high ductility and plump hysteretic curve. The primary failure modes were bucking at beam end, cracking at the variable section of the external ring stiffening plate, and finally welds fracturing between external ring stiffening plate and column wall. The bearing capability of the joints reduced with the axial compression ratio increased. The use of concrete-filled steel tube column can increase the bearing capability of joints. The existence of the beam flange sub plate, and beam web angle cleat improves the energy dissipation, ductility, bearing capacity and original rigidity of the joint, but also increase the stress concentration at the variable section of the external reinforcing ring plate. The proposed joints with spliced column also performed desirable integrity, large bearing capacity, initial stiffness and energy dissipation capacity for engineering application by reasonable design.
Moment frames have been widely used in building construction. In current design codes, concrete moment frames are classified into ordinary, intermediate, and special moment resisting concrete frames (OMRCF, IMRCF, SMRCF)). The objective of this study is to investigate the seismic behavior of columns in ordinary moment resisting concrete frames (OMRCF) and intermediate moment resisting concrete frames (IMRCF). For this purpose 3 story OMRCF and IMRCF buildings were designed and detailed in compliance to ACI 318 (2002) and KCI (1999). In this study the buildings were assumed to be located in seismic zone 1 classified by UBC (1997). This study considered the columns in the 1st story since these columns shall resist the largest axial and lateral forces during an earthquake. Eight 2/3 scale column specimens were made for representing the upper part and lower part of exterior and interior columns of the OMRCF and the IMRCF Quasi-static reversed cyclic loading was applied to each specimen with a constant or varying axial load. Test results show that seismic behaviors of columns are influenced by existence of lap splices, axial force levels, and lateral reinforcement at possible plastic hinging region. However, the effect of such variables strongly co-related to each other.
This paper aims to investigate the seismic performance of the prestressed steel strips retrofitted RC beam-column joints. Two series of joint specimens were conducted under compression load and reversed cyclic loading through quasi-static tests. Based on the test results, the seismic behavior of the strengthened joints specimens in terms of the failure modes, hysteresis response, bearing capacity, ductility, stiffness degradation, energy dissipation performance and damage level were focused. Moreover, the effects of the amount of the prestressed steel strips and the axial compression ratio on seismic performance of retrofitted specimens were analyzed. It was shown that the prestressed steel strips retrofitting method could significantly improve the seismic behavior of the RC joint because of the large confinement provided by prestressed steel strips in beam-column joints. The decrease of the spacing and the increase of the layer number of the prestressed steel strips could result in a better seismic performance of the retrofitted joint specimens. Moreover, increasing the axial compression ration could enhance the peak load, stiffness and the energy performance of the joint specimens. Furthermore, by comparison with the specimens reinforced with CFRP sheets, the specimens reinforced with prestressed steel strips was slightly better in seismic performance and cost-saving in material and labor. Therefore, this prestressed steel strips retrofitting method is quite helpful to enhance the seismic behavior of the RC beam-column joints with reducing the cost and engineering time.
Many studies reveal that during destructive earthquakes, most of the structures enter the inelastic phase. The amount of hysteretic energy in a structure is considered as an important criterion in structure design and an important indicator for the degree of its damage or vulnerability. The hysteretic energy value wasted after the structure yields is the most important component of the energy equation that affects the structures system damage thereof. Controlling this value of energy leads to controlling the structure behavior. Here, for the first time, the hysteretic behavior and energy dissipation capacity are assessed at presence of elliptical braced resisting frames (ELBRFs), through an experimental study and numerical analysis of FEM. The ELBRFs are of lateral load systems, when located in the middle bay of the frame and connected properly to the beams and columns, in addition to improving the structural behavior, do not have the problem of architectural space in the bracing systems. The energy dissipation capacity is assessed in four frames of small single-story single-bay ELBRFs at ½ scale with different accessories, and compared with SMRF and X-bracing systems. The frames are analyzed through a nonlinear FEM and a quasi-static cyclic loading. The performance features here consist of hysteresis behavior, plasticity factor, energy dissipation, resistance and stiffness variation, shear strength and Von-Mises stress distribution. The test results indicate that the good behavior of the elliptical bracing resisting frame improves strength, stiffness, ductility and dissipated energy capacity in a significant manner.
T-shaped column is usually used as side column in buildings, which is one of the weak members in structural system. This paper presented a quasi-static cyclic loading experiment of six specimens of reinforced concrete (RC) T-shaped columns under compression-flexure-shear-torsion combined loadings to investigate the effect in the ratio of torsion to moment (T/M) and axial compression ratio (n) and height-thickness ratio of flange plate (φ) on their seismic performance. Based on the test results, the failure characteristics, hysteretic curves, ductility, energy dissipation, stiffness degradation and strength degradation were analyzed. The results show that the failure characteristics of RC T-shaped columns mainly depend on the ratio of torsion to moment, which can be divided into bending failure, bending-torsion failure and shear-torsion failure. With the increase of T/M ratio, the torsion ductility coefficient increased, and in a suitable range, the torsion and horizontal displacement ductility coefficient of RC T-shaped columns could be effectively improved with the increase of axial compression ratio and the decrease of height-thickness ratio of flange plate. Besides, the energy dissipation capacity of the specimens mainly depended on the bending and shear energy dissipation capacity. On the other hand, the increase of axial compression ratio and the ratio of torsion to moment could accelerate the torsional and bending stiffness degradation of RC T-shaped columns. Moreover, the degradation coefficient of torsion strength was between 0.80 and 0.98, and that of bending strength was between 0.75 and 1.00.
A new type of buckling-restrained braces (BRBs) with a longitudinally profiled steel plate working as the core (LPBRB) is proposed and experimentally investigated. Different from conventional BRBs with a constant thickness core, both stiffness and strength of the longitudinally profiled steel core along its longitudinal direction can change through itself variable thickness, thus the construction of LPBRB saves material and reduces the processing cost. Four full-scale component tests were conducted under quasi-static cyclic loading to evaluate the seismic performance of LPBRB. Three stiffening methods were used to improve the fatigue performance of LPBRBs, which were bolt-assembled T-shaped stiffening ribs, partly-welded stiffening ribs and stiffening segment without rib. The experimental results showed LPBRB specimens displayed stable hysteretic behavior and satisfactory seismic property. There was no instability or rupture until the axial ductility ratio achieved 11.0. Failure modes included the out-of-plane buckling of the stiffening part outside the restraining member and core plate fatigue fracture around the longitudinally profiled segment. The effect of the stiffening methods on the fatigue performance is discussed. The critical buckling load of longitudinally profiled segment is derived using Euler theory. The local bulging behavior of the outer steel tube is analyzed with an equivalent beam model. The design recommendations for LPBRB are presented finally.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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