NUMERICAL ANALYSIS OF BEHAVIOR OF THE COMPOSITE COLUMN-REINFORCED CONCRETE BEAM JOINTS SUBJECTED TO CYCLIC LOADS

Öz

In this paper, analytical behavior of the concrete encased steel profile composite column to reinforced concrete beam connection under cyclic loading is presented. The finite element model of the encased steel profile composite column to reinforced concrete beam and reinforced concrete beam to column are implemented in ABAQUS. Ductility level and failure type of the joints are studied and performance of connections are compared. Comparisons are made using load-displacement relation, failure mechanism and ultimate strength. It is found that the concrete encased steel profile column to reinforced concrete beam absorbs most of the lateral deformations relative to reinforced concrete column to beam connection. Analysis results indicated that composite column to reinforced concrete beam connection has 1.32 times load carrying capacity and 1.56 times larger deformation capacity than reinforced concrete column to beam connections. Although under increased loads, in the concrete encased steel composite column, the concrete around steel profile crushed and reinforcing bars yielded, the steel profile core does not reach to yielding

Anahtar Kelimeler

• Reinforced concrete joints, Composite columns, Finite element modeling

KOMPOZİT KOLON-BETONARME KİRİŞ BİRLEŞİM NOKTASININ TERSİNİR TEKRARLI YÜKLER ALTINDAKİ DAVRANIŞININ NUMERİK OLARAK İNCELENMESİ

Öz

Bu çalışmada beton içine gömülü çelik profil ile oluşturulmuş kompozit kolon ve betonarme kiriş birleşim bölgesinin tersinir tekrarlı yükler etkisi altındaki davranışı nümerik olarak incelenmiştir. Çalışma kapsamında düğüm noktasının süneklik mertebesi ve göçme şekli incelenmiş, betonarme kolon-kiriş birleşim bölgesi performansı ile karşılaştırılmıştır. Kompozit kolon içinde yer alan çelik profil çekirdek deformasyonların çoğunu sönümlemektedir. Artan yükler etkisi altında, çelik profil etrafında yer alan betonun ezilip, yumuşak donatının akmasına rağmen, çelik profil çekirdek akma mertebesine erişmemektedir. Bununla beraber kolonda oluşan lokal hasarların (betonda ezilme/yumuşak donatıda akma) düğüm noktasının davranışına etkisi önemlidir. Kuvvetli kolonzayıf kiriş tasarımı gözetilmiş olan çerçeve iç birleşim bölgesi, sonlu elemanlar ile modellenmiş ve ABAQUS programı ile analiz edilmiştir. Betonarme kolon-kiriş ve kompozit kolon-betonarme kiriş ile teşkil edilmiş düğüm noktaları tekrarlı tersinir yük etkisi altındaki analiz edilmiş ve analiz sonuçları her iki birleşim bölgesinin göçme mekanizmaları, süneklik mertebeleri ve dayanımları açısında değerlendirilmiştir. Analiz sonuçları her iki birleşim şeklinde de kolon ve kiriş birleşim yüzeylerindeki betonun ezilmesine rağmen, kompozit kolon-betonarme kiriş birleşimi betonarme kolon-kiriş birleşimine göre göçmeden önce 1,32 kat daha fazla yük taşımış, 1,56 kat daha fazla yer değiştirme yapmıştır. Betonarme kolon-kiriş birleşim bölgesinde dayanım betonun ezilmesi ile kontrol edilirken, kompozit kolon-betonarme kiriş düğüm noktasında çelik profilin akması ile kontrol edilmiştir. Numerical Analysis of Behavior of The Composite Column-Reinforced Concrete Beam Joints Subjected to Cyclic Loads

Anahtar Kelimeler

• Betonarme düğüm noktası, Kompozit kolon, Sonlu elemanlar modeli

Kaynakça

1. Lee, S. J. (1987). Seismic behavior of steel building structures with composite slabs," thesis presented to
2. Lehigh University at Bethlehem, Pa, in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy. Lee S-J, Lu L-W. Cyclic tests of full-scale subassemblages. JStruct Eng, ASCE 1989(8):1977–98.
3. Lee S-J, Lu L-W. Cyclic load analysis of composite connection subassemblages. In: Bjorhovde, Colson, Hajjar, Stark, editors. Connections in steel. Chou CC, Uang CM., ‘’ Cyclic performance of a type of steel beam reinforced concrete column moment connection’’ Journal of Research 2002; 58 : 637–663.
4. Tao MX, Fan JS, Nie JG., "Seismic behavior of steel reinforced concrete column– steel truss beam hybrid joints" (2013).
5. Liao FY, Han LH, Tao Z. ‘’ Behaviour of composite joints with concrete encased CFST columns under cyclic loading: Experiments’’ Structures 2014; 59: 745–764.
6. Zeng L, Cui Z, Xiao Y, Jin S, and Wu Y., ‘’ Cyclical Behavior of Concrete-Encased Frame Joints with High Strength Concrete’’ Hindawi Publishing Corporation 2015; Article ID
7. Campian C, Nagy Z, Pop M., ‘’ Behavior of Fully Encased Steel- Concrete Composite Columns Subjected to Monotonic and Cyclic Engineering 2015 ; 117 : 439 –
8. Chen CC, Chen Chien C, Hoang TT., confinement of wide-flange structural steel shape in steel reinforced concrete columns under Engineering Structures 2016; : 79–87. Weng, Comparisons encased composite column strength provisions of ACI code and Engineering Structures, 2002; : 59–72. Steel Engineering Composite Loading’’ Procedia "Role of concrete cyclic loading" C.C., Yen, S.I. of concrete- AISC specification, Di Sarno, L., Pecce, M.R., Fabbrocino, response of composite steel and concrete connections.

9. Constructional Steel Research, ; 6:3 819–832 Ellobody, E., Young, B. Numerical concrete composite Journal of Constructional Steel Research; 67:211–222 Begum M, Driver, R.G. Elwi, A.E. Behaviour of partially encased composite columns with high strength Concrete. Engineering Structures, 2013, : 1718–1727.
10. Gonçalves, R., Carvalho, J. An efficient geometrically exact beam element for composite columns and its application to concrete encased steel I- sections. Structures, 2014; 75:213–224
11. Yu-Feng An, Lin-Hai Han, Roeder, C. Performance of concrete-encased CFST box stub columns under axial compression, (2015) 211–226. Park, R., and Paulay, T.,
12. Reinforced Concrete Structures, John Wiley and Sons, 1975, p.
13. Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik, Çelik Yapıların Tasarım, Hesap ve Yapım Esaslarına Dair Yönetmelik, 2017 Eurocode composite steel and concrete structures Part-1: general rules and rules for buildings. Brussels :European Standardization; 2005 ABAQUS manual. Vol. 1, 2 and 3 Version 8-1,
14. Karlsson and Sorensen. Inc.; Specification for test methods of seismic buildings. Beijing: rchitecture Industrial Press of China; 1997 : Design of committee for standard user’s USA: Hibbitt, in Inglish].