A general earthquake resistant design philosophy of ductile frame buildings allows beams to form plastic hinges adjacent to beam-column connections. In order to carry out this design philosophy, the ultimate bond or shear strength of the beam should be greater than the flexural yielding force and should not degrade before reaching its required ductility. The behavior of RC members dominated by bond or shear action reveals a dramatic reduction of energy dissipation in the hysteretic response due to the severe pinching effects. In this study, a method was proposed to predict the deformability of reinforced concrete members with short-span-to-depth-ratios, which would result in bond failure after flexural yielding. Repeated or cyclic loading produces a progressive deterioration of bond that may lead to failure at lower cyclic bond stress levels. Accumulation of bond damage is caused by the propagation of micro-cracks and progressive crushing of concrete in front of the lugs. The proposed method takes into account bond deterioration due to the degradation of concrete in the post yield range. In order to verify bond deformability of the proposed method, the predicted results were compared with the experimental results of RC members reported in the technical literature. Comparisons between the observed and calculated bond deformability of the tested RC members showed reasonably good agreement.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.19
no.5
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pp.239-246
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2015
Reinforced concrete shear walls are effective for resisting lateral loads imposed by wind or earthquakes. Observed damages of the shear wall in recent earthquakes in Chile(2010) and New Zealand(2011) exceeded expectations. Various analytical models have been proposed in order to incorporate such response features in predicting the inelastic response of RC shear walls. However, the model has not been implemented into widely available computer programs, and has not been sufficiently calibrated with and validated against extensive experimental data at both local and global response levels. In this study, reinforced concrete shear walls were modeled with fiber slices, where cross section and reinforcement details of shear walls can be arranged freely. Nonlinear analysis was performed by adding nonlinear shear spring elements that can represent shear deformation. This analysis result will be compared with the existing experiment results. To investigate the nonlinear behavior of reinforced concrete shear walls, reinforced concrete single shear walls with rectangular wall cross section were selected. The analysis results showed that the yield strength of the shear wall was approximately the same value as the experimental results. However, the yielding displacement of the shear wall was still higher in the experiment than the analysis. The analytical model used in this study is available for the analysis of shear wall subjected to high axial forces.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.11a
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pp.169-172
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2008
Longitudinal elongation develops in reinforced concrete beams that exhibit flexural yielding during cyclic loading. The longitudinal elongation can decrease the shear strength and deformation capacity of the beams. In the present study, nonlinear truss model analysis was performed to study the elongation mechanism of reinforced concrete beams. The results showed that residual tensile plastic strain of the longitudinal reinforcing bar in the plastic hinge is the primary factor causing the member elongation, and that the shear-force transfer mechanism of diagonal concrete struts has a substantial effect on the magnitude of the elongation. Based on the analysis results, a simplified method for evaluating member elongation was developed. The proposed method was applied to test specimens with various design parameters and loading conditions..
The plastic hinge method and the plastic zone method are extensively adopted in displacement-based elements and force-based elements respectively for second-order inelastic analysis. The former enhances the computational efficiency with relatively less accurate results while the latter precisely predicts the structural behavior but generally requires more computer time. The displacement-based elements receive criticism mainly on plasticity dominated problems not only in accuracy but also in longer computer time to redistribute the forces due to formation of plastic hinges. The multi-element-per-member model relieves this problem to some extent but will induce a new problem in modeling of member initial imperfections required in design codes for direct analysis. On the contrary, a force-based element with several integration points is sufficient for material yielding. However, use of more integration points or elements associated with fiber section reduces computational efficiency. In this paper, a new force-based element equipped with stress-resultant plasticity model with minimal computational cost is proposed for second-order inelastic analysis. This element is able to take the member initial bowing into account such that one-element-per-member model is adequate and complied with the codified requirements of direct analysis. This innovative solution is new and practical for routine design. Finally, several examples demonstrate the validity and accuracy of the proposed method.
A new formulation based on lumped plasticity and inelastic hinges is presented in this paper for nonlinear analysis of Reinforced Concrete (RC) frame structures. Inelastic hinge behaviour is described using the principles of Continuum Damage Mechanics (CDM). Member formulation contains provisions to model stiffness degradation due to cracking of concrete and yielding of reinforcing steel. Depending on its nature, cracking is classified as concentrated or distributed. Concentrated cracking is accounted through a damage variable and its growth is defined based on strain energy principles. Presence of distributed flexural cracks in a member is taken care of by modelling it as non-prismatic. Plasticity theory supported by effective stress concept of CDM is applied to describe the post-yield response. Nonlinear quasi-static analysis is carried out on a RC column and a wide two-storey RC frame to verify the formulation. The column is subjected to constant axial load and monotonic lateral load while the frame is subjected to only lateral load. Computed results are compared with those due to experiments or other numerical methods to validate the performance of the formulation and also to highlight the contribution of distributed cracking on global response.
The brief results of laboratory and field tests of yieldable steel arches are represented. The test supports were fabricated with three U-sectional beams which are 25.8 kg/m of Glocken profile. The structural analyses of semi-circular and arch supports were conducted to find out shape factor of U beam to be 1.35 and the location of 2nd plastic hinges. Load capacity of arch supports under crown loading were examined as a function of leg length. Yieldable characheristics of test supports were investigated with various bolting torque of connection part. Determination method of bolting torque were also studied. Finally, test supports were installed in-situ with torque of 21 kg .m, which showed a typical yielding procedure.
Liu, Si-Wei;Chan, Jake Lok Yan;Bai, Rui;Chan, Siu-Lai
Steel and Composite Structures
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v.29
no.5
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pp.623-633
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2018
A robust element is essential for successful design of steel frames with Direct analysis (DA) method. To this end, an innovative and efficient curved-quartic-function (CQF) beam-column element using the fourth-order polynomial shape function with end-springs in series is proposed for practical applications of DA. The member initial imperfection is explicitly integrated into the element formulation, and, therefore, the P-${\delta}$ effect can be directly captured in the analysis. The series of zero-length springs are placed at the element ends to model the effects of semi-rigid joints and material yielding. One-element-per-member model is adopted for design bringing considerable savings in computer expense. The incremental secant stiffness method allowing for large deflections is used to describe the kinematic motion. Finally, several problems are studied in this paper for examining and validating the accuracy of the present formulations. The proposed element is believed to make DA simpler to use than existing elements, which is essential for its successful and widespread adoption by engineers.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.10
no.5
s.51
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pp.25-33
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2006
This paper provides a method to predict the ductile capacity of reinforced concrete beam-column joints that fail in shear after the plastic hinges occur at both ends of the adjacent beams. After the plastic hinges occur at both ends of the beams, the longitudinal axial strain at the center of the beam section in the plastic hinge region abruptly increases because the neutral axis continues to move upward toward the extreme compressive fiber and the residual strain of the longitudinal bars continues to increase with each cycle of inelastic loading. An increase in the axial strain of the beam section after flexural yielding widens the cracks in the beam-column joints, thus leading to an decrease of the shear strength of the beam-column joints. The proposed method takes into account shear strength deterioration in the beam-column joints. In order to verify the shear strength and the corresponding ductility of the proposed method, test results of 52 RC beam-column assembles were compared. Comparisons between the observed and calculated shear strengths and their corresponding ductilities of the tested assembles, showed reasonable agreement.
Advanced analysis and optimal design of steel arch bridges is presented. In the design method using an advanced analysis, separate member capacity checks after analysis are not required because the stability and strength of the structural system and its component members can be rigorously treated in the analysis. The geometric nonlinearity is considered by using the stability function. The Column Research Council tangent modulus is used to account for gradual yielding due to residual stresses. A parabolic function is used to represent the transition from elastic to zero stiffness associated with a developing hinge. An optimization technique used is a modified section increment method. The member with the largest unit value evaluated by AASHTO-LRFD interaction equation is replaced one by one with an adjacent larger member selected in the database. The objective function is taken as the weight of the steel arch bridge and the constraint functions account for load-carrying capacities and deflection requirements. Member sizes determined by the proposed method are compared with those given by other approaches.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.20
no.6
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pp.46-55
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2016
Three small scale hollow circular reinforced concrete columns(4.5 aspect ratio) were tested under cyclic lateral load with constant axial load. Diameter of section is 400 mm, hollow diameter is 200 mm. The selected test variable are transverse steel ratio. Volumetric ratio of spirals of all the columns is 0.302~0.604% in the plastic hinge region. It corresponds to 45.9~91.8% of the minimum requirement of confining steel by Korean Bridge Design Specifications, which represent existing columns not designed by the current seismic design specifications or designed by seismic concept. The final objectives of this study are to provide quantitative reference data and tendency for performance or damage assessment based on the performance levels such as cracking, yielding, steel fracture, etc. In this paper, describes mainly failure behavior, strength degradation behaviour, displacement ductility of circular reinforced concrete bridge columns with respect to test variables.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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