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.
To increase the stiffness and strength of a reinforced concrete shear wall, steel plates are bolted to the sides of the wall. The general behavior of a composite concrete-steel shear wall is dependent on the buckling of the steel plates that should be prevented. In this paper, the unilateral buckling of steel plates of a composite shear wall is studied using the Rayleigh-Ritz method. To model the unilateral buckling of steel plate, the restraining concrete wall is described as an elastic foundation with high stiffness in compression and zero stiffness in tension. To consider the effect of bolt connections on the plate's buckling, a constrained optimization problem is solved by using Lagrange multipliers method. This process is used to obtain the critical elastic local buckling coefficients of unilaterally-restrained steel plates with various numbers of bolts, subjected to pure compression, bending and shear loading, and the interaction between them. Using these results, the spacing between shear bolts in composite steel plate shear walls is estimated and compared with the results of the AISC seismic provisions (2016). The results show that the AISC seismic provisions(2016) are overly conservative in obtaining the spacing between shear bolts.
Shear walls are one of the important structural elements for bearing loads imposed on buildings due to winds and earthquakes. Composite shear walls with high lateral resistance, and high energy dissipation capacity are considered as a lateral load system in such buildings. In this paper, a composite shear wall consisting of steel faceplates, infill concrete and tie bars which tied steel faceplates together, and concrete filled steel tubular (CFST) as boundary columns, was modeled numerically. Test results were compared with the existing experimental results in order to validate the proposed numerical model. Then, the effects of some parameters on the behavior of the composite shear wall were studied; so, the diameter and spacing of tie bars, thickness and compressive strength of infill concrete, thickness of steel faceplates, and the effect of strengthening the bottom region of the wall were considered. The seismic behavior of the modeled composite shear wall was evaluated in terms of stiffness, ductility, lateral strength, and energy dissipation capacity. The results of the study showed that the diameter of tie bars had a trivial effect on the performance of the composite shear wall, but increasing the tie bars spacing decreased ductility. Studying the effect of infill concrete thickness, concrete compressive strength, and thickness of steel faceplates also showed that the main role of infill concrete was to prevent buckling of steel faceplates. Also, by strengthening the bottom region of the wall, as long as the strengthened part did not provide a support performance for the upper part, the behavior of the composite shear wall was improved; otherwise, ductility of the wall could be reduced severely.
Bengar, Habib Akbarzadeh;Aski, Roja Mohammadalipour
Steel and Composite Structures
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제20권2호
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pp.337-355
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2016
Steel coupling beam in reinforced concrete (RC) coupled shear wall system is a proper substitute for deep concrete coupling beam. Previous studies have shown that RC coupled walls with steel or concrete coupling beam designed with strength-based design approach, may not guarantee a ductile behavior of a coupled shear wall system. Therefore, seismic performance evaluation of RC coupled shear wall with steel or concrete coupling beam designed based on a strength-based design approach is essential. In this paper first, buildings with 7, 14 and 21 stories containing RC coupled shear wall system with concrete and steel coupling beams were designed with strength-based design approach, then performance level of these buildings were evaluated under two spectrum; Design Basis Earthquake (DBE) and Maximum Considered Earthquake (MCE). The performance level of LS and CP of all buildings were satisfied under DBE and MCE respectively. In spite of the steel coupling beam, concrete coupling beam in RC coupled shear wall acts like a fuse under strong ground motion.
The use of reinforced concrete (RC) shear wall with concrete filled steel tube (CFST) columns and steel fiber reinforced concrete (SFRC) shear wall has aroused widespread attention in recent years. A new shear wall, named SFRC shear wall with CFST columns, is proposed in this paper, which makes use of CFST column and SFRC shear wall. Six SFRC shear wall with CFST columns specimens were tested under cyclic loading. The effects of test parameters including steel fiber volume fraction and concrete strength on the failure mode, strength, ductility, rigidity and dissipated energy of shear wall specimens were investigated. The results showed that all tested shear wall specimens exhibited a distinct shear failure mode. Steel fibers could effectively control the crack width and improve the distribution of cracks. The load carrying and energy dissipation capacities of specimens increased with the increase of steel fiber volume fraction and concrete strength, whilst the ductility of specimens increased with the increase of steel fiber volume fraction and the decrease of concrete strength.
The novel form of composite walling system consists of two skins of profiled steel sheeting with an in-fill of concrete. The behaviour of such walling under in-plane shear is important in order to utilise this system as shear elements in a steel framed building. Steel sheet-concrete interface governs composite action, overall behaviour and failure modes of such walls. This paper describes the finite element (FE) modelling of the shear behaviour of walls with particular emphasis on the simulation of steel-concrete interface. The modelling of complex non-linear steel-concrete interaction in composite walls is conducted by using different FE models. Four FE models are developed and characterized by their approaches to simulate steel-concrete interface behaviour allowing either full or partial composite action. Non-linear interface or joint elements are introduced between steel and concrete to simulate partial composite action that allows steel-concrete in-plane slip or out of plane separation. The properties of such interface/joint elements are optimised through extensive parametric FE analysis using experimental results to achieve reliable and accurate simulation of actual steel-concrete interaction in a wall. The performance of developed FE models is validated through small-scale model tests. FE models are found to simulate strength, stiffness and strain characteristics reasonably well. The performance of a model with joint elements connecting steel and concrete layers is found better than full composite (without interface or joint elements) and other models with interface elements. The proposed FE model can be used to simulate the shear behaviour of composite walls in practical situation.
Xiaohu Li;Hao Luo;Xihao Ren;Tao Zhang;Lei Li;Ke Shi
Structural Engineering and Mechanics
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제90권4호
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pp.345-356
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2024
This paper aims to investigate the seismic behavior of double steel plate and concrete composite shear wall (DSCW) of shield buildings in nuclear power engineering through experimental study. Hence, a total of 10 specimens were tested to investigate the hysteretic performance of DSCW specimens in detail, in terms of load vs. displacement hysteretic curves, skeleton curves, failure modes, flexural strength, energy dissipation capacity. The experimental results indicated that the thickness of steel plate, vertical load and stiffener have great influence on the shear bearing capacity of shear wall, and the stud space has limited influence on the shear capacity. And finally, a novel simplified formula was proposed to predict the shear bearing capacity of composite shear wall. The predicted results showed satisfactory agreement with the experimental results.
Haitao Xu;Jinbin Xu;Zhanfa Dong;Zhixin Ding;Mingxin Bai;Xiaodong Du;Dayang Wang
Nuclear Engineering and Technology
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제56권6호
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pp.2352-2366
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2024
Reinforced concrete (RC) shear walls with precast steel-concrete composite modular (PSCCM) are strongly recommended in the structural design of nuclear power plants due to the need for a large number of process pipeline crossings and industrial construction. However, the effect of the PSCCM on the mechanical behavior of the whole RC shear wall is still unknown and has received little attention. In this study, three 1:3 scaled specimens, one traditional shear wall specimen (TW) and two shear wall specimens with the PSCCM (PW1, PW2), were designed and investigated under cyclic loadings. The failure mode, hysteretic curve, energy dissipation, stiffness and strength degradations were then comparatively investigated to reveal the effect of the PSCCM. Furthermore, numerical models of the RC shear wall with different PSCCM distributions were analyzed. The results show that the shear wall with the PSCCM has comparable mechanical properties with the traditional shear wall, which can be further improved by adding reinforced concrete constraints on both sides of the shear wall. The accumulated energy dissipation of the PW2 is higher than that of the TW and PW1 by 98.7 % and 60.0 %. The failure of the shear wall with the PSCCM is mainly concentrated in the reinforced concrete wall below the PSCCM, while the PSCCM maintains an elastic working state as a whole. Shear walls with the PSCCM arranged in the high stress zone will have a higher load-bearing capacity and lateral stiffness, but will suffer a higher risk of failure. The PSCCM in the low stress zone is always in an elastic working state.
Mohammad Rezaeian Pakizeh;Hossein Parastesh;Iman Hajirasouliha;Farhang Farahbod
Steel and Composite Structures
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제46권4호
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pp.497-512
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2023
Using light weight concrete as infill material in conventional cold-formed steel (CFS) shear wall systems can considerably increase their load bearing capacity, ductility, integrity and fire resistance. The compressive strength of the filler concrete is a key factor affecting the structural behaviour of the composite wall systems, and therefore, achieving maximum compressive strength in lightweight concrete while maintaining its lightweight properties is of significant importance. In this study a new type of optimum polystyrene lightweight concrete (OPLC) with high compressive strength is developed for infill material in composite CFS shear wall systems. To study the seismic behaviour of the OPLC-filled CFS shear wall systems, two full scale wall specimens are tested under cyclic loading condition. The effects of OPLC on load-bearing capacity, failure mode, ductility, energy dissipation capacity, and stiffness degradation of the walls are investigated. It is shown that the use of OPLC as infill in CFS shear walls can considerably improve their seismic performance by: (i) preventing the premature buckling of the stud members, and (ii) changing the dominant failure mode from brittle to ductile thanks to the bond-slip behaviour between OPLC and CFS studs. It is also shown that the design equations proposed by EC8 and ACI 318-14 standards overestimate the shear force capacity of OPLC-filled CFS shear wall systems by up to 80%. This shows it is necessary to propose methods with higher efficiency to predict the capacity of these systems for practical applications.
Steel systems composed of Reinforced Concrete column to Steel beam connection (RCS) have been raised as a structural system in the past few years. The optimized combination of steel-concrete structural elements has the advantages of both systems. Through beam and through column connections are two main categories in RCS systems. This study includes finite-element analyses of mentioned connection to investigate the seismic performance of RCS connections. The finite element model using ABAQUS software has been verified with experimental results of a through beam type connection tested in Taiwan in 2005. According to verified finite element model a parametric study has been carried out on five RCS frames with different types of lateral restraint system. The main objective of this study is to investigate the forming of plastic hinges, distribution of stresses, ductility and stiffness of these models. The results of current research showed good performance of composite systems including concrete column-steel beam in combination with steel shear wall and bracing system, are very desirable. The results show that the linear stiffness of models with X bracing and steel shear wall increase remarkably and their ultimate strength increase about three times rather than other RCS frames.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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