Keihani, Reza;Bahadori-Jahromi, Ali;Goodchild, Charles;Cashell, Katherine A.
Structural Engineering and Mechanics
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v.76
no.1
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pp.83-99
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2020
Shear walls are structural members in buildings that are used extensively in reinforced concrete frame buildings, and almost exclusively in the UK, regardless of whether or not they are actually required. In recent years, the UK construction industry, led by the Concrete Centre, has questioned the need for such structural elements in low to mid-rise reinforced concrete frame buildings. In this context, a typical modern, 5-storey residential building is studied, and its existing shear walls are replaced with columns as used elsewhere in the building. The aim is to investigate the impact of several design variables, including concrete grade, column size, column shape and slab thickness, on the building's structural performance, considering two punching shear limits (VEd/VRd,c), lateral drift and accelerations, to evaluate its maximum possible height under wind actions without the inclusion of shear walls. To facilitate this study, a numerical model has been developed using the ETABS software. The results demonstrate that the building examined does not require shear walls in the design and has no lateral displacement or acceleration issues. In fact, with further analysis, it is shown that a similar building could be constructed up to 13 and 16 storeys high for 2 and 2.5 punching shear ratios (VEd/VRd,c), respectively, with adequate serviceability and strength, without the need for shear walls, albeit with thicker columns.
This paper presented an integral design procedure for demountable bolted composite frames with semi-rigid joints. Moment-rotation relationships of beam-to-column joints were predicted with analytical models aiming to provide accurate and reliable analytical solutions. Among this, initial stiffness of beam-to-column joints was derived on the basis of Timoshenko's plate theory, and moment capacity was derived in accordance with Eurocodes. The predictions were validated with relevant test results prior to further applications. Frame analysis was conducted by using Abaqus software with material and geometrical nonlinearity considered. Variable lateral loads incorporating wind actions and earthquake actions in accordance with Australian Standards were adopted to evaluate the flexural behaviour of the composite frames. Strength and serviceability limit state criteria were utilized to verify configurations of designed models. A wide range of frames with the varied number of storeys and bays were thereafter programmed to ascertain bending moment envelopes under various load combinations. The analytical results suggest that the proposed approach is capable of predicting the moment-rotation performance of the semi-rigid joints reasonably well. Outcomes of the frame analysis indicate that the load combination with dead loads and live loads only leads to maximum sagging and hogging moment magnitudes in beams. As for lateral loads, wind actions are more crucial to dominate the design of the demountable composite frames than earthquake actions. No hogging moment reversal is expected in the composite beams given that the frames are designed properly. The proposed analysis procedure is demonstrated to be a simple and efficient method, which can be applied into engineering practice.
The service loads are often decisive in the design of concrete structures. The evaluation of the cracking moment, $M_{cr}$, is an important issue to predict the performance of the structure, such as, the deflections of the reinforced concrete beams and slabs. To neglect the steel bars of the section is a simplification that is normally used in the computation of the cracking moment. Such simplification leads to small errors in the value of this moment (typically less than 20%). However, these small errors can conduce to significant errors when the values of deflections need to be computed from $M_{cr}$. The article shows that an error of 10% on the evaluation of $M_{cr}$ can lead to errors over 100% in the deformation values. When the deformation of the structure is the decisive design parameter, the exact computing of the cracking moment is obviously very important. Such rigorous computing might lead to important savings in the cost of the structure. With this article the authors wish to draw the attention of the technical community to this fact. A simple equation to evaluate the cracking moment, $M_{cr}$, is proposed for a rectangular cross-section. This equation leads to cracking moments higher than those obtained by neglecting the reinforcement bars and is a simple rule that can be included in Eurocode 2. To verify the accuracy of the developed model, the results of the proposed equation was compared with a rigorous computational procedure. The proposed equation corresponds to a good agreement when compared with the previous approach and, therefore, this model can be used as a practical aid for calculating an accurate value of the cracking moment.
This paper presents a useful in-plane structural analysis of low-rise blind-bolted composite frames with semi-rigid joints. Analytical models were used to predict the moment-rotation relationship of the composite beam-to-column flush endplate joints that produced accurate and reliable results. The comparisons of the analytical model with test results in terms of the moment-rotation response verified the robustness and reliability of the model. Abaqus software was adopted to conduct frame analysis considering the material and geometrical non-linearities. The flexural behaviour of the composite frames was studied by applying the lateral loads incorporating wind and earthquake actions according to the Australian standards. A wide variety of frames with a varied number of bays and storeys was analysed to determine the bending moment envelopes under different load combinations. The design models were finalized that met the strength and serviceability limit state criteria. The results from the frame analysis suggest that among lateral loads, wind loads are more critical in Australia as compared to the earthquake loads. However, gravity loads alone govern the design as maximum sagging and hogging moments in the frames are produced as a result of the load combination with dead and live loads alone. This study provides a preliminary analysis and general understanding of the behaviour of low rise, semi-continuous frames subjected to lateral load characteristics of wind and earthquake conditions in Australia that can be applied in engineering practice.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.5A
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pp.873-880
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2006
PSC composite bridge with precast decks which was designed by the proposed horizontal shear equation was fabricated. Fatigue test was performed to evaluate the endurance of shear connection and the behavior of PSC composite bridge. After all the fatigue loading were applied, no crack and no residual slip were occurred. The flexural stiffness of PSC composite bridge was maintained the initial value, and demage of shear connection was not occurred. To verify the applicability of horizontal shear equation and shear connection detail and to evaluate the strength of PSC composite bridges, static test was also executed. PSC composite bridges with precast decks had 2.08 safety factor which was the ratio of crack to serviceability load and showed ductile behavior after ultimate load. Test results showed that the proposed design equation of the shear connection gave reasonable horizontal shear connection design. Fast and easy construction would be achieved using the suggested precast system.
The KCI-12 and ACI 318-14 design codes limit the maximum yield strength of shear reinforcement to prevent concrete compressive crushing before the yielding of shear reinforcement. The maximum yield strength of shear reinforcement is limited to 420 MPa in the ACI 318-14 design code, while limited to 500 MPa in the KCI-12 design code. A total of eight post-tensioning prestressed concrete beams with high strength shear reinforcement were tested to observe the shear behavior of PSC beams and the applicability of the high strength reinforcement was thus assessed. In the all PSC beam specimens that used stirrups greater than maximum yield strength of shear reinforcement required by the ACI 318-14 design code, the shear reinforcement reached their yield strains. The observed shear strength of tested eight PSC beams was greater than the calculated ones by the KCI-12 design codes. In addition, the diagonal crack width of all specimens at the service load was smaller than the crack width required by the ACI 224 committee. The experimental and analytical results indicate that the limitation on the yield strength of shear reinforcement in the ACI 318-14 design code is somewhat under-estimated and needs to be increased for high strength concrete. Also the application of high strength materials to PSC is available with respect to strength and serviceability.
Kim, Kyoung Su;Kim, Young Kyu;Chhay, Lyhour;Lee, Seung Woo
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.42
no.4
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pp.537-548
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2022
It is important to design the pavement thickness considering heavy-duty traffic loads, which can cause excessive stress and strain in the pavement. Port-rear roads and industrial roads have many problems due to early stress in pavement because these have a higher ratio of heavy loads than general roads such as national roads and expressways. Internationally, composite pavement has been widely applied in pavement designs in heavy-duty areas. Composite pavement is established as an economic pavement type that can increase the design life by nearly double compared to that of existing pavement while also decreasing maintenance and user costs. This study suggests a thickness design method for composite pavement using roller-compacted concrete as a base material to ensure long-term serviceability in heavy-duty areas such as port-rear roads and industrial roads. A three-dimensional finite element analysis was conducted to investigate the mechanical behavior and the long-term pavement performance ultimately to suggest a thickness design method that considers changes in the material properties of the roller-compacted concrete (RCC) base layer. In addition, this study presents a user-friendly catalog design method for RCC-base composite pavement considering the concept of linear damage accumulation for each container trailer depending on the season.
This paper proposes a design formulae that evaluates the design strength of T-joints made of cold-formed square hollow steel sections with longitudinal branch plate. The T-joints had a configuration that a branch member used to longitudinal plate to the main chord in the plane. This study focused on the branch plate T-joints governed by the main chord flange failure mode among the experimental results. Based on the test results of the longitudinal branch plate T-joint in the square hollow sections, the ultimate strength on the T-joints was defined as 1.5 times the load at 1% B the strength of joints that governed the serviceability in control for $16.7{\leq}2\gamma(B/T){\leq}31.3$ and $0.20{\leq}{\beta}(b1/B){\leq}0.75$. Existing yield line models for normal T-joints were investigated to be the main chord flange failure for the branch plate T-joint, and this proposal design formula was based on the theory of the yield line model. Finally, the value of the finite element method compared with the value of the test and theory for the T-joints verified the validity of the design formulae.
Furniture world which is closely associated with human life had been constantly developed, but traditional furniture disappeared after modernization almost. The reason lies rather in the importance of the diversity of Western-style furniture pursuing convenience and shapes, than in change of life style meanwhile. The diversity however reached the limit and it made a new advanced role of not only furniture, also design sector in general necessary, and as solution to solve this problem the immaterial value based on Eastern philosophy/mental was suggested in architecture and all around design sector overall as well. It means that the immaterial point which traditional furniture involved should be focused now and furthermore it's emotional and mental value which is more natural and has close relation with human being accordingly could be judged rightly. The reason why traditional furniture had been used since long time is the immaterial tendency which is well harmonized with the surrounding environment rather than the function. To verify this, the present study aimed to analyze not only the basic, also additional function of traditional furniture used in Hanok (traditional Koran-style house) by the inductive method for investigating the additional effects which users felt. Such immaterial role offers the user more convenience besides the original function of furniture and this made it available that furniture dominates the space. As good examples of such roles it was investigated that traditional furniture played meaningful roles like extensional serviceability, variable space, formation & movement of space, expression of grade of rank. That allowed that this study suggested the sustainable design and also the direction of development of interactive function of furniture through the expected effect having been showed in the modern space where the immaterial role of traditional furniture was applied to and the related cases.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.9
no.1
s.41
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pp.33-42
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2005
Even in moderate to low seismic regions like Korean peninsular where wind loading usually governs the structural design of a tall builidng, the probable structural impact of the 500-year design basis earthquake (DBE) or the 2400-year maximum credible earthquake (MCE) on the selected structural system should be considered at least in finalizing the design. In this study, seismic performance evaluation was conducted for concentrically braced steel highrise buildings that were only designed for wind by following the assumed domestic design practice. It was found that wind-designed concentrically braced steel highrise buildings possess significantly increased elastic seimsic capacity due to the system overstrength resulting from the wind-serviceability criterion and the width-to-thickness ratio limits on steel members. The strength demand-to-strength capacity study based on the response spectrum analysis revealed that, due to the system overstrength factors mentioned above, wind-designed concentrically braced steel highrise buildings having a slenderness ratio of larger than six can withstand elastically even the maximum credible earthquake at the performance level of immediate occupancy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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