Numerical Study on the Seismic Performance of a Demountable Friction-Damped Beam-to-Column Connection for Precast Concrete Moment-Resisting Frames

To enhance the sustainability and resilience of precast concrete structures, this study adopts a Design for Disassembly (DfD) approach to develop a damage-controlled connection that enables post-earthquake repair and structural component reuse.A Demountable Frictional Energy-Dissipative Beam-to-Column Connection (DFED-BCC) is proposed as a friction-based solution for precast beam-to-column assemblies.The DFED-BCC incorporates a friction damper at the beam end and employs high-strength bolts and angle steel to provide moment resistance, while corbels and shear bolts are designed to transfer shear forces.The connection features a clear load transfer path and a straightforward assembly process.Under cyclic loading, the response initiates with elastic and minor inelastic deformation in the angle steel, resulting in limited energy dissipation and small residual displacements.As displacement increases, frictional sliding occurs, significantly enhancing energy dissipation while localizing damage within demountable components, thereby protecting the concrete elements and embedded reinforcement.At large displacements, prying action induces plastic deformation in the bolts, leading to irreversible damage.The slot length can be adjusted to control behavioral transitions, providing a means to optimize seismic performance.Finite element analysis (FEA) was conducted to evaluate the seismic behavior of the proposed connection, focusing on initial stiffness, stiffness degradation, and energy dissipation, while examining the influence of bolt preloads and material properties.The results were compared with those of a monolithic connection.Findings indicated that bolt preloading significantly affects the mechanical response, with the proposed connection exhibiting superior performance, particularly in terms of energy dissipation.At an equivalent design load, the energy dissipation of the monolithic connection was only 39.72% of that of the DFED-BCC.In conclusion, the DFED-BCC provides a constructible, demountable, and seismically resilient alternative to conventional precast beam-to-column connections.Its ability to simplify II construction, enable post-earthquake repair, and facilitate component reuse highlights its potential for advancing the sustainability and resilience of precast concrete systems. III RésuméAfin d'améliorer la durabilité et la résilience des structures en béton préfabriqué, cette étude adopte une approche de conception pour le démontage (Design for Disassembly, DfD) visant à développer une connexion contrôlée en termes de dommages, permettant la réparabilité postsismique et la réutilisation des composants structurels.Une connexion poutre-poteau démontable dissipative d'énergie par frottement (DFED-BCC) est proposée comme solution basée sur le frottement pour les assemblages en béton préfabriqué.La DFED-BCC intègre un amortisseur à friction à l'extrémité de la poutre et utilise des boulons à haute résistance ainsi que des cornières en acier pour assurer la résistance aux moments fléchissants, tandis que des corbeaux et des boulons de cisaillement sont conçus pour transférer les efforts tranchants.La connexion présente un chemin de transfert de charge bien défini et un processus d'assemblage simple.Sous chargement cyclique, la réponse commence par une déformation élastique et légèrement inélastique des cornières, entraînant une dissipation d'énergie limitée et de faibles déplacements résiduels.Avec l'augmentation du déplacement, un glissement par frottement se produit, augmentant significativement la dissipation d'énergie tout en localisant les dommages dans les composants démontables, protégeant ainsi les éléments en béton et les armatures noyées.À de grands déplacements, l'effet de levier induit une déformation plastique des boulons, entraînant des dommages irréversibles.La longueur des fentes peut être ajustée pour contrôler les transitions de comportement, offrant ainsi un moyen d'optimiser la performance sismique.Une analyse par éléments finis (FEA) a été menée pour évaluer le comportement sismique de la connexion proposée, en se concentrant sur la raideur initiale, la dégradation de la raideur et la dissipation d'énergie, tout en examinant l'influence de la précontrainte des boulons et des propriétés des matériaux.Les résultats numériques ont été comparés à ceux d'une connexion monolithique.Les résultats ont indiqué que la précontrainte des boulons influence de manière significative la réponse mécanique, la connexion proposée montrant des performances supérieures, notamment en termes de capacité de dissipation d'énergie.À capacité portante IV équivalente, la dissipation d'énergie de la connexion monolithique ne représentait que 39,72 % de celle de la DFED-BCC.En conclusion, la DFED-BCC constitue une alternative constructible, démontable et sismiquement résiliente aux connexions poutre-poteau traditionnelles en béton préfabriqué.Sa capacité à simplifier la construction, à permettre des réparations post-sismiques et à favoriser la réutilisation des composants structurels en fait une solution prometteuse pour renforcer la durabilité et la résilience des systèmes en béton préfabriqué.

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