The failure of reinforced concrete structures in recent earthquakes caused concern about the performance of beam column joints. Confinement of joint is one of the ways to improve the performance of beam column joints during earthquakes. This paper describes an experimental study of exterior beam-column joints with two non-conventional reinforcement arrangements. One exterior beam-column joint of a six story building in seismic zone III of India was designed for earthquake loading. The transverse reinforcement of the joint assemblages were detailed as per IS 13920:1993 and IS 456:2000 respectively. The proposed nonconventional reinforcement was provided in the form of diagonal reinforcement on the faces of the joint, as a replacement of stirrups in the joint region for joints detailed as per IS 13920 and as additional reinforcement for joints detailed as per IS 456. These newly proposed detailing have the basic advantage of reducing the reinforcement congestion at the joint region. In order to study and compare the performance of joint with different detailing, four types of one-third scale specimens were cast (two numbers in each type). The main objective of the present study is to investigate the effectiveness of the proposed reinforcement detailing. All the specimens were tested under reverse cyclic loading, with appropriate axial load. From the test results, it was found that the beam-column joint having confining reinforcement as per IS: 456 with nonconventional detailing performed well. Test results indicate that the non-conventionally detailed specimens, Type 2 and Type 4 have an improvement in average ductility of 16% and 119% than their conventionally detailed counter parts (Type1 and Type 3). Further, the joint shear capacity of the Type 2 and Type 4 specimens are improved by 8.4% and 15.6% than the corresponding specimens of Type 1 and Type 3 respectively. The present study proposes a closed form expression to compute the yield and ultimate load of the system. This is accomplished using the theory of statics and the failure pattern observed during testing. Good correlation is found between the theoretical and experimental results.
The compressive strength of horizontal joints in precast concrete large panel structures depends on parameters such as grout and panel strength, detail of joint, joint moment, width of grout column, and etc. 44 specimens were tested to investigate the effects of parameters that influence the compressive strength of horizontal joints. The design formula specified in Korean Cock for compression horizontal joints must be reviewed, because it was based on the test results of the joint types not used in Korea. In this study comparing the test results, there fore, the validity of the design formulas was evaluated and a suitable formula was proposed to predict the ultimate strengths of compression horizontal joints. The increase of ultimate strengths was not observed, even if confined the horizontal displacement of slabs and reinforced the wall edge, when the grout strength is lower than panel strength. From the comparison of test results and those by the proposed formula, it was shown that proposed formula was suitable to predict the ultimate compressive strength of horizontal joints.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.19
no.6
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pp.439-447
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1999
One of the problems for practical use of fiber-reinforced plastics is the performance degradation by fatigue damage in the joints. The study is to develop a nondestructive technique for real-time evaluation of adhesively bonded composite-metal joints. From the prior study we confirmed that the bonding strength can be estimated from the correlation between the qualify of bonded parts and AUP's. We obtained a curve showing the correlation between the degree of fatigue damage and AUP's calculated from signals acquired during fatigue loading of single-lap and double-lap joints of CFRP and Al6061. The curve is an analogy to the one showing stiffness reduction ($E/E_o$) of polymer matrix composites by fatigue damage. From those facts, it is plausible to predict the degree of fatigue damage in real-time. Amplitude and AUP2 appeared to be optimal parameters to provide more reliable results for single-lap joints whereas Amplitude and AUP2 did for double-lap joints. It is recommended to select optimal parameters for different geometries in the application for real structures.
The Half-depth precast deck is a structural system that utilizes pre-cast panels pre-built at the factory as formwork at the construction stage and as a major structural member at the same time after completion. These systems have joints between segments, and the detail and performance of the joints are factors that have a very large impact on the quality, such as the constructability and durability of the bridge decks. In this study, strength performance evaluation was performed for improved joints using connecting rebar by experimental method. Static loading tests were conducted on the test specimen with improved joint, those with existing joint and those without joint. The test results of the specimens were compared to each other, and the flexural strength required by the design was compared. The flexural strength required in the design was presented by finite element analysis. It has been shown that the flexural strength of the specimens with joints were more than twice that required by the design. But the flexural strength of the specimen with existing joint was about 84% of that without joint. The flexural strength of the specimen with improved joints was a nearly similar degree of that compared to the specimen without joint. And a comparison of the moment-deflection relationship curves of the two specimens also shows a very similar flexural behavior. It is confirmed that improved joint has sufficient flexural strength. In addition to strength, the bridge decks require serviceability, such as deflection and cracking, and in particular, fatigue resistance due to repetitive live loads is an important performance factor. Therefore, further verification studies are required.
Jiao, Jinfeng;Ma, Xiao;Lei, Honggang;Chen, Y. Frank
International journal of steel structures
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v.18
no.5
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pp.1525-1540
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2018
A test rig with multi-functional purposes was specifically designed and manufactured to study the behavior of multi-planar welded tubular joints subjected to multi-planar concurrent axial loading. An experimental investigation was conducted on full-scale welded tubular joints with each consisting of one chord and eight braces under monotonic loading conditions. Two pairs or four representative specimens (two specimens for each joint type) were tested, in which each pair was reinforced with two kinds of different internal stiffeners at the intersections between the chords using welded rectangular hollow steel sections (RHSSs) and the braces using rolled circular hollow steel sections (CHSSs) and welded RHSSs. The effects of different internal stiffeners at the chord-brace intersection on the load capacity of joints under concurrent multi-planar axial compression/tension are discussed. The test results of joint strengths, failure modes, and load-stress curves are presented. Finite element analyses were performed to verify the experimental results. The study results show that the two different joint types with the internal stiffeners at the chord-brace intersection under axial compression/tension significantly increase the corresponding ultimate strength to far exceed the usual design strength. The load carrying capacity of welded tubular joints decreases with a higher degree of the manufacturing imperfection in individual braces at the tubular joints. Furthermore, the interaction effect of the concurrent axial loading applied at the welded tubular joint on member stress is apparent.
The purpose of this study is to develop composite structural system which is to have versatility in plan design and to improve economical efficieney, to maximise structural capacity than existing structural system. In this viewpoint, it was investigated to the properties of structural behaviors for i oint consisting of concrete filled steel square tube column and P.C reinforced concrete beam through a series of hysteretic behavior experiment. In the previous report, researched to the properties of joints with key parameters. such as Axial Force ratio and section types. From the based on previous results, this study investigated the properties of this joints with key parameters, such as strength of concrete, size of panel zone and Axial Force ratio. The obtained results are summarised as follows. (1) Investigating for the failure mode of the beam-to-column joint, the specimens of S,LL and LH series(except for L5H) presented flexural failure mode. (2) The initial stiffness of joint was increasd as the decrease of axial force ratio and increase of the concrete strength. (3) The rotation resisting capacity was effective as the increment of the concrete strength and decrement of the axial force ratio. (4) The emprical formula to predict the ultimate capacity of joint model to introduce decrease coefficient according to the axial force ratio to superimpose shearing strength of steel web(H section) and bending strength of reinforced concrete beam was expected.
The purpose of this study is to spread beam plastic hinging zone of the high-strength($f'_c=700kg/cm^2$) reinforced concrete beam-column joints away from the column face by vertically anchored intermediate reinforcements. The newly proposed intermediate reinforcements which are vertically anchored by interlinking each intermediate rebars are tested to insure the ductile behavior of R /C beam-column joins. Main variable is the shape of intermediate reinforcements. From the test results, the newly proposed intermediate rebar detail can move arid expand the beam plastic hinging zone about 1.Od from column face and can delay the strength decay of the high-strength R /C beam-column joint. Also energy dissipation capacity of specimen IV-1.OD10 which is reinforced by vertically anchored intermediate rebars about 1.0d is 1.6 times as high as the specimen CM-STAN which is designed by ACI318-89.
Kota, Sai Kubair;Rama, J.S. Kalyana;Murthy, A. Ramachandra
Earthquakes and Structures
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v.17
no.2
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pp.221-232
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2019
Material non-linearity of Reinforced Concrete (RC) framed structures is studied by modelling concrete using the Concrete Damage Plasticity (CDP) theory. The stress-strain data of concrete in compression is modelled using the Hsu model. The structures are analyzed using a finite element approach by modelling them in ABAQUS / CAE. Single bay single storey RC frames, designed according to Indian Standard (IS):456:2000 and IS:13920:2016 are considered for assessing their maximum load carrying capacity and failure behavior under the influence of gravity loads and lateral loads. It is found that the CDP model is effective in predicting the failure behaviors of RC frame structures. Under the influence of the lateral load, the structure designed according to IS:13920 had a higher load carrying capacity when compared with the structure designed according to IS:456. Ultra High Performance Fiber Reinforced Concrete (UHPFRC) strip is used for strengthening the columns and beam column joints of the RC frame individually against lateral loads. 10mm and 20mm thick strips are adopted for the numerical simulation of RC column and beam-column joint. Results obtained from the study indicated that UHPFRC with two different thickness strips acts as a very good strengthening material in increasing the load carrying capacity of columns and beam-column joint by more than 5%. UHPFRC also improved the performance of the RC frames against lateral loads with an increase of more than 3.5% with the two different strips adopted. 20 mm thick strip is found to be an ideal size to enhance the load carrying capacity of the columns and beam-column joints. Among the strengthening locations adopted in the study, column strengthening is found to be more efficient when compared with the beam column joint strengthening.
Kim, Ji-Wan;An, Woo-Jin;Seo, Kyeong-Ho;Choi, Jin-Ho
Composites Research
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v.35
no.5
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pp.322-327
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2022
Composite lap joints have been extensively used due to their excellent properties and the demand for light structures. However, due to the weak mechanical properties in the thickness direction, the lap joint is easily fractured. various reinforcement methods that delay fracture by dispersing stress concentration have been applied to overcome this problem, such as z-pinning and conventional stitching. The Z-pinning is reinforcement method by inserting metal or carbon pin in the thickness direction of prepreg, and the conventional stitching process is a method of reinforcing the mechanical properties in the thickness direction by intersecting the upper and lower fibers on the preform. I-fiber stitching method is a promising technology that combines the advantages of both z-pinning and the conventional stitching. In this paper, the static and fatigue strengths of the single-lap joints reinforced by the I-fiber stitching process were evaluated. The single-lap joints were fabricated by a co-curing method using an autoclave vacuum bag process and I-fiber reinforcing effects were evaluated according to adherend thickness and stitching angle. From the experiments, the thinner the composite joint specimen, the higher the I-fiber reinforcement effect, and Ifiber stitched single lap joints showed a 52% improvement in failure strength and 118% improvement in fatigue strength.
In this study, experimental research was carried out to evaluate the constructability and seismic performance of high strength R/C exterior beam-column joints regions, with or without the shear reinforcement, using high ductile fiber-reinforced mortar. Five specimens of retrofitted the exterior beam-column joint regions using high ductile fiber-reinforced mortar are constructed and tested for their retrofit performances. Specimens designed by retrofitting the exterior beam-column joint regions (BCJNSP series) of existing reinforced concrete building showed a stable mode of failure and an increased its maximum load-carrying capacity by 1.09~2.03 times in comparison with specimen of BCJNS due to the effect of enhancing dispersion of crack control at the time of initial loading and bridging of fiber from retrofitting new high ductile materials during testing. Specimens of BCJNSP series attained its maximum load carrying capacity by 0.92~0.96 times and increased its energy dissipation capacity by 1.62 times when compared to standard specimen of BCJC with a displacement ductility of 4.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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