Effects of Variation of Axial Load on Seismic Performance of RC Exterior BCJ's. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF (Umais Khan MS Thesis) Umais_MS_Thesis.pdf Download (8MB) | Preview

Arabic Abstract

المفاصل شعاع المفاصل الخراسنیة المسلحة ھي العنصر ألاساسي للمباني الخرسانیة وتعتبرتصمیمھا وتفاصیل تسلیحھا في الھیكل الانشائي حاسمة لبقاء ھذا الھیكل. حیث اشار عدد من الاستطلاعین في جمیع أنحاء العالم أن فشل المفاصل الخرسانیة للمنبى ھي السبب الأكثر شیوعا لنھیار المبنى بشكل عام في حالة الزلازل الكبرى. شھدت السنوات منذ 1970 م العدید من التطورات في مجال ھندسة الزلازل ویأتي ھذا مع الاكود المتقدمة للتصمیم الزلزال والانظمة المختلفة للمكونات الھیكلیة ، بما في ذلك المفاصل الخرسانیة لمنطقة اتصال العمود والجسور. یتم دراسة العوامل التي تؤثر على أداء المفاصل الخرسانیة مثل نسبة الارتفاع وخواص المواد ، ونسبة حدید تسلیح والتثبیت للجسور في المفاصل من قبل العدید من الأبحاث وفھمھا جیدا، ونتیجة لذلك أدرجت ھذة العوامل في قوة القص للمفصل وبالتالي في الشروط التصمیمة الحالیة. ومع ذلك، لم یعتبر حمل العمود المحوري المفتاح والمؤثرعلى قوة القص للمفاصل صراحة حتى الآن، وربما یرجع ذلك إلى آلاثار المعقدة على قوة القص للمفصل نتجیة ھذا العامل لیست مفھومة جیدا حتى الان. كان التركیز الرئیسي من ھذا العمل البحثي لدراسة الآثار المترتبة على مختلف المستویات للحمل المحوري للعمود على سلوك المفاصل الخرسانیة المسلحة تحت التحمیل الثابت والعكسي والدوري. وقد ادت مراجعة للابحاث العلمیة إلى إنشاء قاعدة بیانات اختبار تجریبیة لتحدید آثار المعاملات الھامة التي تؤثر على أداء المفاصل الخرسانیة المسلحة وتقییم النماذج المتاحة لتحدید قوة القص للمفصل. وتبین أن النماذج القائمة لتحدید قوة القص للمفصل تعاني من نقص في واحد أو وسیلة أخرى، بما في ذلك تأثیر الحمل المحوري للعمود. وھكذا فأن مشكلة التفاعل ما بین قوة القص للمفاصل الخرسانیة المسلحة وحمولة العمود المحوریة قد تم الوصول لھا من خلال تطویر نموذج واجراء اختبار تجریبي لعدد سبعة من المفاصل الخرسانیة المسلحة والمعرضة لتحمیل ثابت وعكسي ودوري مع مستویات مختلفھ من الحمل المحوري للعمود. وتم التحقق من النتائج التجریبیة في المعمل باستخدام النمذج امتنھیة في الصغرى باستخدام للمضي قدما في دراسة الاثار المختلفة لقوة الخرسانة في الضغط من أجل الحصول على بیانات ABAQUS برنامج كافیة لتطویر نموذج قوة القص الجدیدة للمفاصل الخرسانیة المسلحة والذي یضم جمیع المعاملات الھامة والمطلوبة للتنبؤ لقوة القص للمفاصل ، بما في ذلك تأثیر الحمل المحوري للعمود . وضحت النتائج ان الحمل المحوري للعمود یؤثر بشكل كبیر على الأداء الزلزالي للمفاصل الخرسانیة المسلحة. أظھرت النتائج التجریبیة أن حمولة العمود المحوریة العالیة یعزز قوة القص للمفصل، ویقلل من لیونتھا ولكن بعد 0.7 قوة القص تبدأ في الانخفاض حتى الانھیار المحوري الصافي من المفصل. - نسبة حمولة محوریة للعمود من 0.6 كما یملي حمولة العمود المحوریة العالیة لحالة الانھیار وتطویر أنماط التشرخات للمفاصل الخرسانیة المسلحة. أظھرت الاختبارات العكسیة والدوریة على المفاصل الخرسانیة المسلحة أن الحمولة المحوریة العالیة یزید من الصلابة الأولیة ولكن معدل تدھور الصلابة وجدت تكون أكثر في مثل ھذه الحالات وقد وجد أیضا انھ في نسبة حمولة محوریة 0.6 بأن الطاقة تزید بسبب الاحتواء الناتج من الحمل المحوري للمفاصل الخرسانیة المسلحة. وأخیرا تم التحقق من صحة نموذج قوة القص المطور مع قاعدة البیانات التجریبیة، الذي تنبأ بنجاح قوة القص من عینات الاختبار.

English Abstract

Beam-column joints (BCJs) are the fundamental component of concrete buildings and their design and detailing in any moment resisting framed structure is decisive to the survival of such structure. Several earthquake reconnaissance all over the world reported that failure of BCJs is the most frequent reason of overall building collapse in major earthquakes. The years since 1970s have seen many developments in field of earthquake engineering and come up with present advanced seismic design codes and regulations for different structural components, including beam column joints. Parameters that influence the performance of BCJs such as aspect ratio, material property, beam’s reinforcement ratio and anchorage of beam’s reinforcement are studied by many researches and are well understood, as a result theses parameters are incorporated in several joint shear strength model and consequently in the current design guidelines. However, column axial load (CAL) which is a key influencing parameter in predicting shear strength of BCJs is not considered explicitly so far and may be due to its complex effects on the shear strength of the joint this parameter is not well understood. The main focus of this research work was to study the effects of various CAL levels on the behavior of reinforced concrete BCJs under monotonic and reverse cyclic loading. Literature review was carried out to establish an experimental test database to identify effects of important parameters influencing performance of BCJs and to evaluate available joint shear strength models. It is found that existing shear strength models are deficient in one or another way, including consideration of CAL. Thus a problem of interaction between shear strength of BCJ and axial load on column was first approached by developing a mechanistic model and then experimental test program was carried out on seven BCJs subassemblies subjected to monotonic and reverse cyclic loading with various level of CAL. Experimental results were then validated using FE software ABAQUS to advance study for various compressive strengths of concrete in order to get sufficient data population to develop a new shear strength model for BCJs that considers all the important parameters requires to predict shear strength of BCJs, including CAL. The results depicted that CAL considerably effects the seismic performance of BCJs. Experimental results demonstrated that high axial load enhances the shear strength of the joint and reduces its ductility however after axial load ratio of 0.6-0.7 shear strength starts to decrease until pure axial failure of joint. High axial load also dictates the failure mode and development of crack patterns in BCJs. Reverse cyclic tests on BCJs showed that high axial load increases the initial stiffness but rate of stiffness degradation is found to be more in such cases also up to axial load ratio of 0.6 energy dissipation capacity increases due to confinement provided by axial load to BCJ. Finally, the developed shear strength model was validated with experimental database, which successfully predicted the shear strength of test specimens.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Civil Engineering > Structural Engineering
Department:	College of Design and Built Environment > Civil and Environmental Engineering
Committee Advisor:	Mohammed, Al-Osta
Committee Members:	Muhammed, Baluch and MOHAMMAD, KALIMUR RAHMAN
Depositing User:	UMAIS KHAN (g201405540)
Date Deposited:	22 May 2016 11:53
Last Modified:	01 Nov 2019 16:34
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/139969