The behavior of connections between open sandwich slabs and double steel skin composite walls in steel plate-concrete(SC) structure is investigated by a series of experimental programs to identify the roles of components in the transfer of forces. Such connections are supposed to transfer shear by the action of friction on the interface between the steel surface and the concrete surface, as well as the shear resistance of the bottom steel plate attached to the wall. Experimental observation showed that shear transfer in slabs subjected to shear in short spans is explained by direct force transfer via diagonal struts and indirect force transfer via truss actions. Shear resistance at the interface is enhanced by the shear capacity of the shear plate as well as friction caused by the compressive force along the wall plate. Shear friction resistance along the wall plate was deduced from experimental observation. Finally, the appropriate design strength of the connection is proposed for a practical design purpose.
Li, Ling-Zhi;Jiang, Chang-Jiu;Su, Ray Kai-Leung;Lo, Sai-Huen
Structural Engineering and Mechanics
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v.62
no.4
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pp.443-453
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2017
The performance of bolted side-plated (BSP) beams is affected by the degree of transverse partial interaction, which is a result of the interfacial slip caused by transverse shear transfer between the bolted steel plates and the reinforced concrete beams. However, explicit formulae for the transverse shear transfer profile have yet to be derived. In this paper, a simplified piecewise linear shear transfer model was proposed based on force superposition principle and simplification of shear transfer profiles derived from a previous numerical study. The magnitude of shear transfer was determined by force equilibrium and displacement compatibility condition. A set of design formulae for BSP beams under several basic load cases was also derived. Then the model was verified by test results. A worked example was also provided to illustrate the application of the proposed design formulae. This paper sheds some light on the shear force transfer mechanism of anchor bolts in BSP beams, and offers a practical method to evaluate the influence of transverse partial interaction in strengthening design.
Column base connections are critical components in steel structures because they transfer axial forces, shear forces and moments to the foundation. Exposed column bases are quite commonly used in low- to medium-rise buildings. To investigate shear transfer in exposed column base plates, four large scale specimens were subjected to a combination of axial load (compression or tension) and lateral shear deformations. The main parameters examined experimentally include the number of anchor rod, arrangement of anchor rod, type of lateral loading, and axial force ratio. It is observed that the shear resisting mechanism of exposed column base changed as the axial force changed. When the axial force is in compression, the resisting mechanism is rotation type, and the shear force will be resisted by friction force between base plate and mortar layer. The specimens could sustain inelastic deformation with minimal strength deterioration up to column rotation angle of 3%. The moment resistance and energy dissipation will be increased as the number of anchor rods increased. Moreover, moment resistance could be further increased if the anchor rods were arranged in details. When the axial force is in tension, the resisting mechanism is slip type, and the shear force will be resisted by the anchor rods. And the shear resistance was reduced significantly when the axial force was changed from compression to tension. The test results indicated that the current design approach could estimate the moment resistance within reasonable acceptance, but overestimate the shear resistance of exposed column base.
Byeonguk Ahn;Fahimeh Yavartanoo;Jang-Keun Yoon;Su-Min Kang;Seungjun Kim;Thomas H.-K. Kang
Computers and Concrete
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v.31
no.4
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pp.337-348
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2023
Shear wall is commonly used as a lateral force resisting system of concrete mid-rise and high-rise buildings, but it brings challenges in providing relatively large space throughout the building height. For this reason, the structure system where the upper structure with bearing, non-bearing and/or shear walls that sits on top of a transfer plate system supported by widely spaced columns at the lower stories is preferred in some regions, particularly in low to moderate seismic regions in Asia. A thick reinforced concrete (RC) plate has often been used as a transfer system, along with RC transfer girders; however, the RC plate becomes very thick for tall buildings. Applying the post-tensioning (PT) technique to RC plates can effectively reduce the thickness and reinforcement as an economical design method. Currently, a simplified model is used for numerical modeling of PT transfer plate, which does not consider the interaction of the plate and the upper structure. To observe the actual behavior of PT transfer plate under seismic loads, it is necessary to model whole parts of the structure and tendons to precisely include the interaction and the secondary effect of PT tendons in the results. This research evaluated the seismic behavior of shear wall-type residential buildings with PT transfer plates for the condition that PT tendons are included or excluded in the modeling. Three-dimensional finite element models were developed, which includes prestressing tendon elements, and response spectrum analyses were carried out to evaluate seismic forces. Two buildings with flat-shape and L-shape plans were considered, and design forces of shear walls and transfer columns for a system with and without PT tendons were compared. The results showed that, in some cases, excluding PT tendons from the model leads to an unrealistic estimation of the demands for shear walls sit on transfer plate and transfer columns due to excluding the secondary effect of PT tendons. Based on the results, generally, the secondary effect reduces shear force demand and axial-flexural demands of transfer columns but increases the shear force demand of shear walls. The results of this study suggested that, in addition to the effect of PT on the resistance of transfer plate, it is necessary to include PT tendons in the modeling to consider its effect on force demand.
This study, push-off tests for the initially uncracked specimens were conducted to investigate shear transfer mechanism in reinforce concrete elements. Experimental programs for shear transfer were undertaken to investigate the effect of the concrete compressive strength, the presence of steel stirrups as shear reinforcement and the amount of steel stirrups. As the shear plane is loaded, several cracks form in a direction inclined to the shear plane, creating compression struts in the concrete. For this stage, shear is being transferred through a truss-like action produced by the combination of the compressive force in the concrete struts and the tensile force that the steel reinforcement crossing the shear plane develops. In the normal strength concrete specimens with steel stirrups, ultimate failure occurred when the compression struts crushed in concrete. In the high strength concrete specimens, on the other hand, ultimate failure occurred when the steel stirrups developed their yield strength.
Yacoubian, Mehair;Lam, Nelson;Lumantarna, Elisa;Wilson, John L.
Earthquakes and Structures
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v.15
no.1
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pp.97-111
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2018
Buildings featuring a transfer structure can be commonly found in metropolitan cities situated in regions of lower seismicity. A transfer structure can be in the form of a rigid plate or an array of deep girders positioned at the podium level of the building to support the tower structure of the building. The anomalous increase in the shear force demand on the tower walls above the podium is a major cause for concern. Design guidance on how to quantify these adverse effects is not available. In this paper a simplified method for quantifying the increase in the shear force demand on the tower walls is presented. In view of the very limited ductile nature of this type of construction the analysis presented herein is based on linear elastic behaviour.
In the design of concrete filled composite columns, it is assumed that the load transfer between the steel tube and concrete core has to be achieved by the natural bond. However, it is important to investigate the mechanisms of shear transfer due to the possibility of steel-concrete interface separation. This paper deals with the contribution of headed stud bolt shear connectors and angles to improve the shear resistance of the steel-concrete interface using push-out tests. In order to determine the influence of the shear connectors, altogether three specimens of concrete filled composite column were tested: one without mechanical shear connectors, one with four stud bolt shear connectors and one with four angles. The experimental results showed the mechanisms of shear transfer and also the contribution of the angles and stud bolts to the shear resistance and the force transfer capacity.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2005.11a
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pp.271-274
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2005
Existing strut-and-tie model cannot be applied to analysis of slender beams without shear reinforcement because shear transfer mechanism is not formed. In the present study, a new strut-and-tie model with rigid joint was developed. Basically, concrete strut is modeled as a frame element which can transfer shear force (or moment) as well as axial force. Employing Rankine failure criterion, failure strength due to shear-tension and shear-compression developed in compressive concrete strut was defined. For verification, various test specimens were analyzed and the results were compared with tests. The proposed strut-and-tie model predicted shear strength and failure displacement with reasonable precision, addressing the design parameters such as shear reinforcement, concrete compressive strength, and shear span ratio.
A low-cycle loading experiment of 16 transfer column specimens was conducted to study the influence of parameters, likes the extension length of shape steel, the ratio of shape steel, the axial compression ratio and the volumetric ratio of stirrups, on the shear distribution between steel and concrete, the concrete damage state and the degradation of lateral stiffness. Shear force of shape steel reacted at the core area of concrete section and led to tension effect which accelerated the damage of concrete. At the same time, the damage of concrete diminished its shear capacity and resulted in the shear enlargement of shape steel. The interplay between concrete damage and shear force of shape steel ultimately made for the failures of transfer columns. With the increase of extension length, the lateral stiffness first increases and then decreases, but the stiffness degradation gets faster; With the increase of steel ratio, the lateral stiffness remains the same, but the degradation gets faster; With the increase of the axial compression ratio, the lateral stiffness increases, and the degradation is more significant. Using more stirrups can effectively restrain the development of cracks and increase the lateral stiffness at the yielding point. Also, a formula for calculating the yielding lateral stiffness is obtained by a regression analysis of the test data.
The interaction between steel tube and concrete core is the key issue for understanding the behavior of concrete-filled steel tube columns (CFTs). This study investigates the force transfer by natural bond or by mechanical shear connectors and the interaction between the steel tube and the concrete core under three types of loading. Two and three-dimensional nonlinear finite element models are developed to study the force transfer between steel tube and concrete core. The nonlinear finite element program ABAQUS is used. Material and geometric nonlinearities of concrete and steel are considered in the analysis. The damage plasticity model provided by ABAQUS is used to simulate the concrete material behavior. Comparisons between the finite element analyses and own experimental results are made to verify the finite element models. A good agreement is observed between the numerical and experimental results. Parametric studies using the numerical models are performed to investigate the effects of diameterto-thickness ratio, uniaxial compressive strength of concrete, length of shear connectors, and the tensile strength of shear connectors.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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