When the vertical load-bearing members in high-rise structures fail locally, the beam-column joints play an important role in the redistribution of the internal forces. In this paper, a static laboratory test of three full-scale flush flange beam-reinforced connections with side and cover plates (CP-FBSP connection) with double half-span steel beams and single L-shaped columns composed of concrete-filled steel tubes (L-CFST columns) was conducted. The influence of the side plate width and cover plate thickness on the progressive collapse resistance of the substructure was thoroughly analyzed. The failure mode, vertical force-displacement curves, strain variation, reaction force of the pin support and development of internal force in the section with the assumed plastic hinge were discussed. Then, through the verified finite element model, the corresponding analyses of the thickness and length of the side plates, the connecting length between the steel beam flange and cover plate, and the vertical-force eccentricity were carried out. The results show that the failure of all the specimens occurred through the cracking of the beam flange or the cover plate, and the beam chord rotations measured by the test were all greater than 0.085 rad. Increasing the length, thickness and width of the side plates slightly reduced the progressive collapse resistance of the substructures. The vertical-force eccentricity along the beam length reduced the progressive collapse resistance of the substructure. An increase in the connecting length between the beam flange and cover plate can significantly improve the progressive collapse resistance of substructures.
Park, Jong-Wook;Yun, Seok-Gwang;Kim, Byoung-Il;Lee, Jung-Yoon
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.24
no.4
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pp.399-406
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2012
Beam-column joints are generally recognized as the critical regions in the moment resisting reinforced concrete (RC) frames subjected to both lateral and vertical loads. As a result of severe lateral load such as seismic loading, the joint region is subjected to horizontal and vertical shear forces whose magnitudes are many times higher than in column and adjacent beam. Consequently, much larger bond and shear stresses are required to sustain these magnified forces. The critical deterioration of potential shear strength in the joint area should not occur until ductile capacity of adjacent beams reach the design demand. In this study, a method was provided to predict the deformability of reinforced concrete beam-column joints failing in shear after the plastic hinges developed at both ends of the adjacent beams. In order to verify the deformability estimated by the proposed method, an experimental study consisting of three joint specimens with varying tensile reinforcement ratios was carried out. The result between the observed and predicted behavior of the joints showed reasonably good agreement.
A method to design a critical height of embankments is presented so as to mobilize fully soil arching in pile-supported embankments. The behavior of the load transfer of embankment weights on pile cap beams was investigated by a series of model tests performed on pile-supported embankments with relatively wide space between cap beams. The model tests explained that the behavior of the load transfer depended very much on the height of embankments, because soil arching could be mobilized in pile-supported embankments only under enough high embankments. The measured vertical loads on cap beams coincided with the predicted ones estimated by the theoretical equations, which have been presented in the previous studies on the basis of load transfer mechanisms according to either the punching shear failure mode during low filling stage or the soil arching failure mode during high filling stage. The mechanism of the load transfer was shifted beyond a critical height of embankment from the punching shear mechanism to the soil arching mechanism. Therefore, in order to mobilize soil arching in pile-supported embankments, the embankments should be designed at least higher than the critical height. A theoretical equation to estimate the critical height could be derived by equalizing the vertical loads estimated by the load transfer mechanisms on the basis of both the punching shear and the soil arching. The derived theoretical equation could predict very well the experimental critical height of embankment.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.10
no.4
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pp.479-497
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2016
Many experimental studies have evaluated the in-plane behavior of reinforced concrete frames in order to understand mechanisms that resist progressive collapse. The effects of transverse beams, frames and slabs often are neglected due to their probable complexities. In the present study, an experimental and numerical assessment is performed to investigate the effects of transverse beams on the collapse behavior of reinforced concrete frames. Tests were undertaken on a 3/10-scale reinforced concrete sub-assemblage, consisting of a double-span beam and two end columns within the frame plane connected to a transverse frame at the middle joint. The specimen was placed under a monotonic vertical load to simulate the progressive collapse of the frame. Alternative load paths, mechanism of formation and development of cracks and major resistance mechanisms were compared with a two-dimensional scaled specimen without a transverse beam. The results demonstrate a general enhancement in resistance mechanisms with a considerable emphasis on the flexural capacity of the transverse beam. Additionally, the role of the transverse beam in restraining the rotation of the middle joint was evident, which in turn leads to more ductile behavior. A macro-model was also developed to further investigate progressive collapse in three dimensions. Along with the validated numerical model, a parametric study was undertaken to investigate the effects of the removed column location and beam section details on the progressive collapse behavior.
Nondestructive testing methods are required to assess the condition of civil structures and formulate their maintenance programs. Axial force identification is required for several structural members of truss bridges, pipe racks, and space roof trusses. An accurate evaluation of in situ axial forces supports the safety assessment of the entire truss. A considerable redistribution of internal forces may indicate structural damage. In this paper, a novel compressive force identification method for prismatic members implemented using static deflections is applied to steel beams. The procedure uses the Euler-Bernoulli beam model and estimates the compressive load by using the measured displacement along the beam's length. Knowledge of flexural rigidity of the member under investigation is required. In this study, the deflected shape of a compressed steel beam is subjected to an additional vertical load that was short-term measured in several laboratory tests by using fiber Bragg grating-differential settlement measurement (FBG-DSM) sensors at specific cross sections along the beam's length. The accuracy of midspan deflections offered by the FBG-DSM sensors provided excellent force estimations. Compressive load detection accuracy can be improved if substantial second-order effects are induced in the tests. In conclusion, the proposed method can be successfully applied to steel beams with low slenderness under real conditions.
This study examines the joint and splice of wooden structure at Geunjeongjeon Hall of Gyengbok Palace, which was constructed in the late Joseon Dynasty. The scope of the study is on the part of columns, the bracket sets, and the frame structure. This research also deals with the relationship between vortical load and horizontal load. Firstly, the examination of the joint and splice methods between the pillar and penetrating ties is on the joint and splice methods of the outer and corner. Through the investigation, it is verified that the joint methods between pillar and penetrating tie on the outer and corner pillars is the method of Sagal joints(cross joints, 사개맞춤). Joints used between pillar and penetrating tie are dovetailed tenon joints, between columns and Anchogong(안초공), between columns and Choikgong(초익공) are tenon joint(장부맞춤). Secondly, the examination of the joint and splice methods of the bracket set is on that of Salmi and Cheomcha(첨차), and Salmi and Janghyeo(장혀). Joints used between Salmi and Cheomcha, Salmi and Janghyeo are halved joint, and between each Janghyeo are stepped dovetailed splice. It is Cheomcha that is used the Jujang-Cheomcha(주장첨차) on center line. Therefore it is connected with each bracket set, which gets to is the strong system, easy and convenient on the construction of that. Thirdly, the frame structure of wooden architecture in royal palace is consist of purlins and beams, Janghyeo(장혀, timber under purlin), tall columns, king posts, etc. Through the investigation, it is verified that the joint and splice methods between purlins and beams are used with the methods of Sungeoteok joint(숭어턱맞춤). It is verified that the joint and splice methods between beams and high columns are used with methods of mortise and tenon joint(장부맞춤), is highly related with tensile force. To reduce the separation of parts, sangi(산지) and tishoi(띠쇠) are used as a counterproposal, which were generally used for architecture in royal Palaces in the late Joseon Dynasty and continued to be used until these days common wooden architecture.
A simplified model which incorporates the moment-axial tension interaction of the double-span beams in a column-removed steel frame is presented in this paper. To this end, material and geometric nonlinear parametric finite element analyses were conducted for the double-span beams by changing the beam span to depth ratio and the beam size within some practical ranges. The beam span to depth ratio was shown to be the most influential factor governing the catenary action of the double-span beams. Based on the parametric analysis results, a simplified piece-wise linear model which can reasonably describe the vertical resisting force versus the beam chord rotation relationship was proposed. It was also shown that the proposed method can readily be used for the energy-based progressive collapse analysis of steel moment frames.
Gemi, Lokman;Alsdudi, Mohammed;Aksoylu, Ceyhun;Yazman, Sakir;Ozkilic, Yasin Onuralp;Arslan, Musa Hakan
Steel and Composite Structures
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v.43
no.6
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pp.735-757
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2022
The behavior of shear deficient under-balanced reinforced concrete beams with rectangular cross-sections, which were externally strengthened with CFRP composite along shear spans, was experimentally investigated under vertical load. One of the specimens represents a reference beam without CFRP strengthening and the other specimens have different width/strip spacing ratios (wf/sf). The optimum strip in terms of wf/sf, which will bring the beam behavior to the ideal level in terms of strength and ductility, was determined according to the regulations. When the wf/sf ratio exceeds 0.55, the behavior of the beam shifted from shear failure to bending failure. However, it has been observed that the wf/sf ratio should be increased up to 0.82 in order for the beam to reach sufficient shear reserve value according to the codes. It is also observed that the direction and weight of the CFRP composite are one of the most critical factors and 240 gr/m2 CFRP strips experienced sudden ruptures in the shear span after the cracking of the concrete. It is considered as a deficiency that the empirical shear capacity formulas given for the beams reinforced with CFRP in the regulations do not take into account both direction and weight of CFRP composites.
In this study, a method has been proposed for the static and dynamic nonlinear analysis of multi-storey buildings, which takes into account the contribution of axial deformations in vertical load-bearing elements, which are especially important in tall and narrow structures. Shear deformations on the shear walls were also taken into account in the study. The presented method takes into account the effects that are not considered in the fishbone and flexural-shear beam models developed in the literature. In the Fishbone model, only frame systems are modeled. In the flexural shear beam model developed for shear wall systems, shear deformations and axial deformations in the walls are neglected. Unlike the literature, with the model proposed in this study, both shear deformations in the walls and axial deformations in the columns and walls are taken into account. In the proposed model, multi-storey building is represented as a sandwich beam consisting of Timoshenko beams pieced together with a double-hinged beam. At each storey, the total moment capacities of the frame beams and the coupled beams in the coupled shear walls are represented as the equivalent shear capacity. On the other hand, The sums of individual columns and walls moment at the relevant floor level are represented as equivalent moment capacity at that floor level. At the end of the study, examples were solved to show the suitability of the proposed method in this study. The SAP2000 program is employed in analyses. In a conclusion, it is observed that among the solved examples, the proposed sandwich beam model gives good results. As can be seen from these results, it is seen that the presented method, especially in terms of base shear force, gives very close results to the detailed finite element method.
Recent advances in material technology has accelerated the development of higher strength concretes using lightweight manufactured aggregates.Concretes with these chnractcristics are designable since the reductiun of dead loads and the increase in load capacity can oflix substantial cost reductions. Alt,hough thesc rharackristics are very desirable, very little information is availablc to the structural rivic;~~,cher about the properties of highstrength lightweight concrete. In general, shear strength of reinforced concrete beams is dependent on the compressive strength of concrete. the longitudinal steel ratio, the shear span to the depth ratio and shear reinforcement. In this study. eight single reinforced high strength lightweight concrete beams were tested to investigate their behavior and to determine their ultimate shear strengths.The variables studied in this investigation are shear span to effective depth ratio a/d = 1.5. 2.5, 3.5 and 4.5 : vertical shear reinforcement ratio ${\rho}_8= 0%$ and 1.136%. Test results were analyzed and compared with strengths predicted by ACI code equation. Zsutty's equation. As the results, ACI Eq.(ll-3) and ACI Eq.(ll-6) are conservative for high strength lightweight concrete beam. Also Zsuttyrs Eq. is conservative for beams except short beams. (a/d= 1.5)
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[게시일 2004년 10월 1일]
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