Although it is widely accepted that the interaction -between masonry infill and structural members significantly affects the seismic response of reinforced concrete (RC) frames, this interaction is generally neglected in current design-oriented seismic analyses of structures. Moreover, the role of masonry infill is expected to be even more relevant in the case of existing frames designed only for gravitational loads, as infill walls can significantly modify both lateral strength and stiffness. However, the additional contribution to both strength and stiffness is often coupled to a modification of the global collapse mechanisms possibly resulting in brittle failure modes, generally related to irregular distributions of masonry walls throughout the frame. As a matter of principle, accurate modelling of masonry infill should be at least carried out by adopting nonlinear 2D elements. However, several practice-oriented proposals are currently available for modelling masonry infill through equivalent (nonlinear) strut elements. The present paper firstly outlines some of the well-established models currently available in the scientific literature for modelling infill panels in seismic analyses of RC frames. Then, a parametric analysis is carried out in order to demonstrate the consequences of considering such models in nonlinear static and dynamic analyses of existing RC structures. Two bay-frames with two-, three- and four-storeys are considered for performing nonlinear analyses aimed at investigating some critical aspects of modelling masonry infill and their effects on the structural response. Particularly, sensitivity analyses about specific parameters involved in the definition of the equivalent strut models, such as the constitutive force-displacement law of the panel, are proposed.
When the amplitude of the vibrations is equivalent to that clearance, the vibrations for small amplitudes will really be significantly nonlinear. Nonlinearities will not be significant for amplitudes that are rather modest. Finally, nonlinearities will become crucial once again for big amplitudes. Therefore, the concrete panel system may experience a big amplitude in this work as a result of the high temperature. Based on the 3D modeling of the shell theory, the current work shows the influences of the von Kármán strain-displacement kinematic nonlinearity on the constitutive laws of the structure. The system's governing Equations in the nonlinear form are solved using Kronecker and Hadamard products, the discretization of Equations on the space domain, and Duffing-type Equations. Thermo-elasticity Equations. are used to represent the system's temperature. The harmonic solution technique for the displacement domain and the multiple-scale approach for the time domain are both covered in the section on solution procedures for solving nonlinear Equations. An effective data-driven solution is often utilized to predict how different systems would behave. The number of hidden layers and the learning rate are two hyperparameters for the network that are often chosen manually when required. Additionally, the data-driven method is offered for addressing the nonlinear vibration issue in order to reduce the computing cost of the current study. The conclusions of the present study may be validated by contrasting them with those of data-driven solutions and other published articles. The findings show that certain physical and geometrical characteristics have a significant effect on the existing concrete panel structure's susceptibility to temperature change and GPL weight fraction. For building construction industries, several useful recommendations for improving the thermo-mechanics' behavior of structural concrete panels are presented.
Kim, Ki-Ho;Lee, Bum-Sik;Kim, Min-Jun;Lee, Dong-Gun
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.24
no.4
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pp.495-506
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2024
Unlike reinforced concrete(RC) construction, the primary determinant of construction schedule for precast concrete(PC) apartment buildings is the lifting equipment. To establish a dry process-centric construction schedule, this study analyzes the lifting unit process for core, internal, and external PC wall components, which differ from traditional PC components. By examining the assembly process of these wall types, the study aims to determine the construction cycle for a standard floor frame of a PC apartment building. The findings will serve as foundational data for developing construction schedules for PC apartment buildings utilizing PC walls.
Ha, Ju-Hyung;Yi, Na-Hyun;Kim, Sung-Bae;Choi, Jong-Kwon;Kim, Jang-Ho Jay
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.22
no.1
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pp.93-102
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2010
Recently, FRP usage for strengthening RC structures in civil engineering has been increasing. Especially, the use of FRP to strengthen structures against blast loading is growing rapidly. To estimate FRP retrofitting effect under blast loading, blast tests with nine $1,000{\times}1,000{\times}150\;mm$ RC panel specimens, which were retrofitted with carbon fiber reinforced polymer (CFRP), Polyurea, CFRP with Poly-urea and basalt fiber reinforced polymer (BFRP) have been carried out. The applied blast load was generated by the detonation of 15.88 kg ANFO explosive charge at 1.5 m standoff distance. The data acquisitions not only included blast waves of incident pressure, reflected pressure, and impulse, but also included central deflection and strains at steel, concrete, and FRP surfaces. The failure mode of each specimen was observed and compared with a control specimen. From the test results, the blast resistance of each retrofit material was determined. The test results of each retrofit material will provide the basic information for preliminary selection of retrofit material to achieve the target retrofit performance and protection level.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.35
no.3
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pp.141-148
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2022
In this study, the structural behavior of reinforced concrete members under simultaneous axial and blast loads was analyzed. Nonlinear dynamic analysis verification was performed using the experimental data of panels under fundamental blast load as well as those of reinforced concrete columns subjected to axial and blast loads. Because Autodyn is a program designed only for dynamic analysis, an analysis process is devised to simulate the initial stress state of members under static loads, such as axial loads. A total of 80 nonlinear dynamic finite element analysis procedures were conducted by selecting parameters corresponding to axial load ratios and scaled distances ranging 0%~70% and 1.1~2.0 (depending on the equivalent of TNT), respectively. The structural behavior was compared and analyzed with the corresponding degree of damage and maximum lateral displacement through the changes in axial load ratio and scaled distance. The results show that the maximum lateral displacement decreases due to the increase in column stiffness under axial loads. In view of the foregoing, the formulated analysis process is anticipated to be used in developing blast-resistant design models where structural behavior can be classified into three areas considering axial load ratios of 10%~30%, 30%~50%, and more than 50%.
Kim, Sang-Hee;Hong, Sung-Gul;Yun, Hyun-Do;Kim, Gyu-Yong;Kang, Thomas H.K.
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.27
no.2
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pp.103-113
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2015
This paper studies impact performance of wire-mesh and steel fiber-reinforced concrete based on high-velocity impact experiments using hard spherical balls. In this experimental study, panel specimens were tested with various parameters such as steel fiber volume fraction, presence/absence of wire mesh, panel thickness, impact velocity, and aggregate size for the comparison of impact resistance performance for each specimen. While improvement of the impact resistance for reducing the penetration depth is barely affected with steel fiber volume fraction, the impact resistance to scabbing and perforation is improved substantially. This was due to the fact that the steel fiber had bridging effects in concrete matrix. The wire mesh helped minimizing the crater diameter of front and back face and enhanced the impact resistance to scabbing and perforation; however, the wire mesh did not affect the penetration depth. The wire mesh also reduced the bending deformation of the specimen with wire mesh, though some specimens had splitting bond failure on the rear face. Additionally, use of 20 mm aggregates is superior to 8 mm aggregates in terms of penetration depth, but for reducing the crater diameter on front and back faces, the use of 8 mm aggregates would be more efficient.
This study was conducted to experimentally investigate the seismic retrofitting performance of non-ductile reinforced concrete (RC) frames by introducing engineered cementitious composite (ECC) wing panel elements. Non-ductile RC frame tested in this study were designed and detailed for gravity loads with insufficient or no consideration to lateral loads. Therefore, Non-ductile RC frame were not satisfied on present seismic code requirements. The precast ECC wing panels were used to improve the seismic structural performance of existing non-ductile RC frame. A series of experiments were carried out to evaluate the structural performance of ECC wing panel elements alone a non-ductile RC frame strengthened by adding ECC panel elements. Failure pattern, strength, stiffness and energy dissipation characteristics of specimens were evaluated based on the test results. The test results show that both lateral strength and stiffness were significantly improved in specimen strengthened than non-ductile RC frame. It is noted that ECC wing wall elements application on non-ductile RC frame can be effective alternative on seismic retrofit of non-ductile building.
Recently, major infrastructure such as bridges, tunnels, PCCVs (Prestressed Concrete Containment Vessel), and gas tanks are Prestressed Concrete (PSC) structure types, which improve their safety by using confining effect from prestressing. Generally, concrete is known to be an outstanding fire resistant construction material. Because of this reason, researches related to extreme fire loaded PSC member behaviors are not often conducted even though PSC behavior under extreme fire loading is significantly different than that of ordinary reinforced concrete (RC) behavior. Therefore, in this study, RABT fire loading tests were performed on bi-directionally prestressed concrete panels with $1000{\times}1400{\times}300mm$ dimensions. The prestressed specimens were applied with 430 kN prestressing (PS) force using unbonded PS thread bars. Also, residual strength structural tests of fire tested PSC and ordinary RC structures were performed for comparison. The study results showed that PSC behavior under fire loading is significantly different than that of RC behavior.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2015.11a
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pp.164-165
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2015
Modular construction technique is an adaptation of factory-based mass production concept in ordinary manufacturing industries to construction industry and it assumes that panels, units, etc. are fabricated in factories and assembled in construction sites. Given its structural limitations, modular construction technique is primarily used in low-story buildings whose maximum height is usually five stories, but researchers are actively studying possible adaptation of modular construction technique to high-rise building designs these days as in the case of infill-type modular construction design. Infill-type modular construction technique, most frequently used in high-rise building construction projects, completes frame construction first in reinforced concrete structures and fills unit modules in such structures. However, infill-type modular construction technique leads to longer construction schedule accompanying increase in construction cost, cost overrun due to additional of temporary work, and possible damage to units in the wake of facility construction. Accordingly, this study is performed as a basic study for the development of bottom-up infill-type modular construction technique intended to construct structural frames and fill in units sequentially in a bid to address such drawbacks of current infill-type modular construction technique.
De Domenico, Dario;Falsone, Giovanni;Laudani, Rossella
Structural Engineering and Mechanics
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v.68
no.4
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pp.423-442
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2018
In this paper, masonry infilled reinforced concrete (RC) frames are analyzed through a probabilistic approach. A macro-modeling technique, based on an equivalent diagonal pin-jointed strut, has been resorted to for modelling the stiffening contribution of the masonry panels. Since it is quite difficult to decide which mechanical characteristics to assume for the diagonal struts in such simplified model, the strut width is here considered as a random variable, whose stochastic characterization stems from a wide set of empirical expressions proposed in the literature. The stochastic analysis of the masonry infilled RC frame is conducted via the Probabilistic Transformation Method by employing a set of space transformation laws of random vectors to determine the probability density function (PDF) of the system response in a direct manner. The knowledge of the PDF of a set of response indicators, including displacements, bending moments, shear forces, interstory drifts, opens an interesting discussion about the influence of the uncertainty of the masonry infills and the resulting implications in a design process.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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