Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2001.05a
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pp.691-698
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2001
Recent trends in the construction of long span or tall building frames feature the increase use of composite members that steel and concrete is functioning together in what terms of mixed structural systems. One of such systems, RCS (reinforced concrete column and steel beam) system is introduced and closely examined focusing on bearing strength of the composite joint in this paper. The main objective of this study was to develope detail to increase bearing capacity while bearing failure is one of the two primary modes of failure in RCS system. The results show that specimens with the U-type bearing reinforcement detail developed in this study enhanced the bearing strength by 1.20-1.50. The U-type reinforcement is the effective details to increase joint bearing strength compared to others like vertical reinforcement welded to beam flanges.
Attempts at improving beam-column joint performance has resulted in non-conventional ways of reinforcement such as the use of the crossed inclined bars in the joint area. Despite the wide accumulation of test data, the influence of the crossed inclined bars on the shear strength of the cyclically loaded exterior beam-column joints has not yet been quantified and incorporated into code recommendations. In this study, the investigation of joints has been pursued on two different fronts. In the first approach, the parameters that influence the behaviour of the cyclically loaded beam-column joints are investigated. Several parametric studies are carried out to explore the shear resisting mechanisms of cyclically loaded beam-column joints using an experimental database consisting of a large number of joint tests. In the second approach, the mechanical behaviour of joints is investigated and the equations for the principal tensile strain and the average shear stress are derived from joint mechanics. It is apparent that the predictions of these two approaches agree well with each other. A design equation that predicts the shear strength of the cyclically loaded exterior beam-column joints is proposed. The design equation proposed has three major differences from the previously suggested design equations. First, the influence of the bond conditions on the joint shear strength is considered. Second, the equation takes the influence of the shear transfer mechanisms of the crossed inclined bars into account and, third, the equation is applicable on joints with high concrete cylinder strength. The proposed equation is compared with the predictions of the other design equations. It is apparent that the proposed design equation predicts the joint shear strength accurately and is an improvement on the existing code recommendations.
Proceedings of the Korean Institute Of Construction Engineering and Management
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2007.11a
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pp.113-118
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2007
In this study, we select a site adopting real composite precast concrete method. Estimating real construction cost and imaginary cost appling reinforced concrete method in the site, we compare the costs. Through using high intensity concrete and prestressed concrete, amount of concrete is reduced more than 50% but there isn't big gap in material cost. In the main construction cost of composite precast concrete method, the material cost with production cost and transportation cost are in that, joints and topping concrete are account for 90%. But in case of reinforced concrete, labor cost spent at concrete steel bar and form is account for 30%. In the cost of attached, compared with composite precast concrete method, the reinforced concrete method taken in big portion by temporary work and scaffolding is twice as much as composite precast concrete method in construction cost. Therefore, economic efficiency is excellent reducing 11% total cost of composite precast concrete method from the reinforced concrete method.
Precast concrete(P.C.) large panel structures have usually weaker stiffness at joints than that of monolithic in-situ reinforced concrete structures. But structural designers do not in general take into account this characteristics of P.C. large panel structures and use the same analytical models as for the monolithic structure. Therefore, the results of analysis obtained by using these models may be quite different from those actually occurring in real P.C. structure. In this study, the change in force and stress distribution and deflections of structure caused by applying lower shear stiffness at vertical joints are investigated through trying several finite element modeling schemes specific for P.C. structures, Finally, for engineers in practice, a simplified model, which takes account of the effect of lower shear stiffness at vertical joints, is proposed with the understanding on possible amount of errors.
Nguyen, Anh P.;Banh, Thanh T.;Lee, Dongkyu;Lee, Jaehong;Kang, Joowon;Shin, Soomi
Steel and Composite Structures
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v.29
no.5
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pp.635-645
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2018
Beam-column joints play a significant role in static and dynamic performances of reinforced concrete frame structures. This study contributes a numerical approach of topologically optimal design of carbon fiber reinforced plastics (CFRP) to retrofit existing beam-column connections with crack patterns. In recent, CFRP is used commonly in the rehabilitation and strengthening of concrete members due to the remarkable properties, such as lightweight, anti-corrosion and simplicity to execute construction. With the target to provide an optimal CFRP configuration to effectively retrofit the beam-column connection under semi-failure situation such as given cracks, extended finite element method (X-FEM) is used by combining with multi-material topology optimization (MTO) as a mechanical description approach for strong discontinuity state to mechanically model cracked structures. The well founded mathematical formulation of topology optimization problem for cracked structures by using multiple materials is described in detail in this study. In addition, moved and regularized Heaviside functions (MRHF), that have the role of a filter in multiple materials case, is also considered. The numerical example results illustrated in two cases of beam-column joints with stationary cracks verify the validity, benefit and supremacy of the proposed method.
Jae Hyun Kim;Seung-Ho Choi;Sun-Jin Han;Hoseong Jeong;Jae-Yeon Lee;Kang Su Kim
Earthquakes and Structures
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v.25
no.4
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pp.283-296
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2023
This paper presents experimental and numerical studies of seismic performance on reinforced concrete (RC) wide beam (WB) joints. Two RC-WB joint specimens and one conventional RC joint specimen were fabricated using the reinforcing details of longitudinal reinforcing bars in a beam as a variable, and quasi-static cyclic loading tests were performed. The results were used to compare and analyze the load-drift ratio relationship, failure mode, and seismic performance of the specimens quantitatively. In addition, a finite element (FE) analysis of the RC-WB joint was conducted, and the rationality of the FE model was validated by comparing it with the test results. Based on the FE model, a parametric study was conducted, where the ratio of longitudinal reinforcing bars placed on the outer and inner parts of the joint (𝜌ex/𝜌in) was a key variable. The results showed that, in the RC-WB joint, an increase of 𝜌ex/𝜌in leads to more severe damage to concrete, which reduces the seismic performance of the RC-WB joints.
A nonlinear analytical model has been proposed for two-span two-story reinforced concrete frames with relaxed section details. The analytical model is composed of beam, column, and beam-column joint elements. The goal of this study is to develop a simple and light nonlinear model for two-dimensional reinforced concrete frames since research in earthquake engineering is usually involved in a large number of nonlinear dynamic analyses. Therefore, all the nonlinear behaviors are modeled to be concentrated on flexural plastic hinges at the end of beams and columns, and the center of beam-column joints. The envelope curve and hysteretic rule of the nonlinear model for each element are determined based on experimental results, not theoretical approach. The simple and light proposed model can simulate the experimental results well enough for nonlinear analyses in earthquake engineering. Consequently, the proposed model will make it easy to developing a nonlinear model of the entire frame and help to save time to operate nonlinear analyses.
The strain rate of reinforced concrete (RC) structures stimulated by earthquake action has been generally recognized as in the range from $10^{-4}/s$ to $10^{-1}/s$. Because both concrete and steel reinforcement are rate-sensitive materials, the RC beam-column joints are bound to behave differently under different strain rates. This paper describes an investigation of seismic behavior of RC beam-column joints which are subjected to large cyclic displacements on the beam ends with three loading velocities, i.e., 0.4 mm/s, 4 mm/s and 40 mm/s respectively. The levels of strain rate on the joint core region are correspondingly estimated to be $10^{-5}/s$, $10^{-4}/s$, and $10^{-2}/s$. It is aimed to better understand the effect of strain rates on seismic behavior of beam-column joints, such as the carrying capacity and failure modes as well as the energy dissipation. From the experiments, it is observed that with the increase of loading velocity or strain rate, damage in the joint core region decreases but damage in the plastic hinge regions of adjacent beams increases. The energy absorbed in the hysteresis loops under higher loading velocity is larger than that under quasi-static loading. It is also found that the yielding load of the joint is almost independent of the loading velocity, and there is a marginal increase of the ultimate carrying capacity when the loading velocity is increased for the ranges studied in this work. However, under higher loading velocity the residual carrying capacity after peak load drops more rapidly. Additionally, the axial compression ratio has little effect on the shear carrying capacity of the beam-column joints, but with the increase of loading velocity, the crack width of concrete in the joint zone becomes narrower. The shear carrying capacity of the joint at higher loading velocity is higher than that calculated with the quasi-static method proposed by the design code. When the dynamic strengths of materials, i.e., concrete and reinforcement, are directly substituted into the design model of current code, it tends to be insufficiently safe.
Park, Jong-Wook;Yun, Seok-Gwang;Kim, Byoung-Il;Lee, Jung-Yoon
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.24
no.4
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pp.399-406
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2012
Beam-column joints are generally recognized as the critical regions in the moment resisting reinforced concrete (RC) frames subjected to both lateral and vertical loads. As a result of severe lateral load such as seismic loading, the joint region is subjected to horizontal and vertical shear forces whose magnitudes are many times higher than in column and adjacent beam. Consequently, much larger bond and shear stresses are required to sustain these magnified forces. The critical deterioration of potential shear strength in the joint area should not occur until ductile capacity of adjacent beams reach the design demand. In this study, a method was provided to predict the deformability of reinforced concrete beam-column joints failing in shear after the plastic hinges developed at both ends of the adjacent beams. In order to verify the deformability estimated by the proposed method, an experimental study consisting of three joint specimens with varying tensile reinforcement ratios was carried out. The result between the observed and predicted behavior of the joints showed reasonably good agreement.
Kim, Jin-Pyeng;Kim, Sang-Sik;Choi, Kwnag-Ho;Jeon, Byong-Gap;Lee, Jung-Yoon
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.18
no.3
s.93
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pp.321-330
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2006
In order to remodel old aged reinforced concrete buildings, it is often required to extend the residence area of the buildings by increasing the slab area. The slab area is usually extended by attaching a new slab to the existing slab with hinged joint or rigid joint. Transmission of the loads of the attached slabs to the existing slabs depends on the connecting methods, such as hinged or rigid connection. In this research, 8 specimens and 24 RC slabs connected by rigid joints were tested. The new slab was connected to the existing slab by three types of rigid joints using dowel bars and longitudinal tensile bars. Main parameters of the slabs were three types of the rigid joints, anchor length of steel bars(0, 50, 60, 100, and 120mm), development length of steel bars(100, 200, and 300mm), and the spacing of the steel bars(150, 200, 300, and 450mm). The test results indicated that the flexural strength of the RC test slabs having various types of rigid joints was approximately the same to that of the slab without any connections.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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