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DISCUSSION OF PAPER 'REINFORCED MASONRY SHEAR WALLS:
CYCLIC LOAD TESTS IN CONTRAFLEXURE' by S.J. Thurston and D.L. Hutchison (Vol 15, No. 1, March 1982, pp 27-45)
Discussion by M.J,
T h e a u t h o r s a r e to b e c o n g r a t u l a t e d f o r a u s e f u l a d d i t i o n t o t h e s p a r s e l i t e r - a t u r e o n the s e i s m i c p e r f o r m a n c e o f m a s o n r y s t r u c t u r e s . A l t h o u g h in g e n e r a l a g r e e m e n t w i t h c o n c l u s i o n s r e a c h e d b y t h e a u t h o r s , t h e w r i t e r d i s a g r e e s w i t h i n t e r p r e t a t i o n o f s o m e o f t h e r e s u l t s p r e s e n t e d , a n d w i s h e s t o m a k e s o m e c o m m e n t s o f a g e n e r a l n a t u r e . 1. L o a d i n g S y s t e m
T h e p a p e r p r e s e n t s a n o v e l l o a d i n g s y s t e m w h i c h f o r c e d t h e p i e r u n i t s i n t o d o u b l e b e n d i n g , t h u s s i m u l a t i n g c o n d i t i o n s i n a p i e r f o r m i n g p a r t o f a p i e r c e d m a s o n r y s h e a r w a l l . P a r t o f t h e r e a s o n f o r t h e t e s t s w a s t o i n v e s t i g a t e t h e s i g n i f i c a n c e o f t h i s l o a d i n g s y s t e m c o m p a r e d w i t h t h e m o r e c o m m o n l y u s e d s i m p l e v e r t i c a l c a n t i - l e v e r w h i c h , i t w a s f e l t , m i g h t n o t b e s u i t a b l e f o r s i m u l a t i n g i n e l a s t i c a c t i o n o f p i e r s i n d o u b l e b e n d i n g .
I t s h o u l d b e p o i n t e d o u t t h a t d i s s i p - a t i n g s e i s m i c e n e r g y t h r o u g h p l a s t i c h i n g e f o r m a t i o n i n p i e r s is e x a c t l y e q u i v a l e n t t o f o r m i n g h i n g e s a t t o p a n d b o t t o m o f c o l u m n s i n m u l t i s t o r e y r e i n f o r c e d c o n c r e t e f r a m e s . T h i s i n v o l v e s t h e f o r m a t i o n o f a s o f t s t o r e y w i t h h i g h l o c a l d u c t i l i t y d e m a n d i n t h e p i e r s (or c o l u m n s ) f o r o n l y l o w t o m o d e r a t e d u c t i l i t y c a p a c i t y o f t h e o v e r a l l s t r u c t u r e
(Al) .
C o n s e q u e n t l y , t h e d r a f t m a s o n r y c o d e ! d i s c o u r a g e s t h i s f o r m o f c o n s t r u c t i o n b y r e q u i r i n g 1 n e a r - e l a s t i c ' d e s i g n .
S e c o n d l y , i t s h o u l d f u r t h e r b e p o i n t e d o u t , t h a t t h e l o a d i n g s y s t e m , t h o u g h p l a c i n g t h e w a l l i n e q u a l d o u b l e b e n d i n g a s c l a i m e d , a p p l i e s i t s l o a d s i n a f a s h i o n f a r r e m o v e d f r o m t h a t o c c u r r i n g i n p r a c t i c e . S c a l i n g d i m e n s i o n s f r o m t h e a u t h o r s T e s t s e t - u p
(Fig. 2 ) , s i n c e a c t u a l d i m e n s i o n s a r e n o t g i v e n i n F i g . 2 , r e s u l t s i n t h e a p p r o x i m a t e v e r t i c a l a n d h o r i z o n t a l l o a d c o m p o n e n t s a p p l i e d t o e a c h e n d o f t h e t o p l o a d b e a m a s s h o w n i n F i g . A l . I t w i l l b e s e e n t h a t w i t h t h e d i r e c t i o n o f l o a d i n g a s s h o w n ('push1 l o a d i n g ) , t h e t o p b e a m i s p l a c e d i n t e n s i o n , a n d a v e r y l a r g e s h e a r l o a d i s a p p l i e d v e r y c l o s e t o t h e t e n s i o n e n d o f t h e w a l l .
V e r t i c a l r e a c t i o n s s i m u l t a n e o u s l y r e q u i r e a h i g h t e n s i o n l e a d ( a p p r o x i m a t e l y 0 . 8 8 P ) to b e a p p l i e d a t t h e s a m e e n d o f t h e w a l l . I t i s c l e a r t h a t if t h e r e i n f o r c e m e n t i n t h e w a l l i s u n i f o r m l y d i s t r i b u t e d r a t h e r t h a n c o n c e n t r a t e d a t t h e w a l l e n d , p r e m a t u r e y i e l d i n g o f e x t r e m e t e n s i o n r e i n f o r c e m e n t m u s t o c c u r . S i n c e t h e t o p b e a m is i n a x i a l t e n s i o n i t s a b i l i t y t o d i s t r i b u t e t h e s e l a r g e c o n c e n t r a t e d l o a d s t o t h e r e i n f o r c e - m e n t w i t h o u t d e f o r m a t i o n , is r e d u c e d .
C l e a r l y t h e s i t u a t i o n a t t h e t o p o f t h e w a l l d i f f e r s m a r k e d l y f r o m t h a t a t t h e w a l l b a s e . I n p a r t i c u l a r , s h e a r t r a n s f e r a t t h e w a l l t o p u n d e r ' p u s h ' l o a d i n g i s d i s - a d v a n t a g e o u s . I t is f e l t t h a t t h i s s y s t e m o f l o a d a p p l i c a t i o n w a s l a r g e l y r e s p o n s i b l e f o r p r e m a t u r e d e g r a d a t i o n a n d f a i l u r e a t
B U L L E T I N O F T H E N E W Z E A L A N D N A T I O N A L S O C I E T Y F O R
N. Priestley
t h e w a l l t o p e x p e r i e n c e d i n m a n y o f t h e w a l l s , a n d t h a t s e g r e g a t i o n a n d s e t t l e m e n t o f g r o u t
(the e x p l a n a t i o n o f f e r e d b y t h e a u t h o r s ) is a s e c o n d a r y e f f e c t .
2 . P a r t i a l l y F i l l e d W a l l s
T h e p a p e r i s p a r t i c u l a r l y u s e f u l i n p r o v i d i n g s o m e m u c h n e e d e d i n f o r m a t i o n o n t h e b e h a v i o u r o f p a r t i a l l y f i l l e d w a l l s . H o w e v e r , n o t t o o m u c h e m p h a s i s c a n b e p l a c e d o n t h e r a t h e r p o o r p e r f o r m a n c e of. t h e w a l l s , p a r t i c u l a r l y u n d e r d u c t i l e r e s p o n s e , b e c a u s e o f e x t r e m e v i o l a t i o n o f d r a f t c o d e1 r e q u i r e - m e n t s , a s d i s c u s s e d b e l o w .
U n i t 4: T h e a u t h o r s q u o t e d r a f t c o d e1 p r o v i s i o n f o r w a l l s t o b e d e s i g n e d w i t h h o r i z o n t a l s t e e l a t 2.4 m c e n t r e s p r o v i d e d t h e b u i l d i n g is C l a s s I I I i n s e i s m i c z o n e s B o r C r and c l a i m t h a t U n i t 4 t h u s c o m p l i e s w i t h c o d e r e q u i r e m e n t s . H o w e v e r , o t h e r l i m i t a t i o n s o f t h e d r a f t c o d e a l s o a p p l y : n a m e l y , t h e s t r u c t u r e m u s t b e d e s i g n e d f o r
'near e l a s t i c ' r e s p o n s e ( i . e . S = 4 ) , a n d d e s i g n s h e a r s t r e s s e s m u s t n o t e x c e e d v a l u e s g i v e n i n T a b l e 3 . 1 ( 1 ) f o r s h e a r c a r r i e d b y m a s o n r y . F o r G r a d e A m a s o n r y , t h i s l a t t e r p r o v i s i o n w o u l d l i m i t t h e m a x i m u m i d e a l s h e a r s t r e s s a t u l t i m a t e , v ^ , to 0.3 M P a . W i t h t h e e f f e c t i v e d e p t h o f t h e w a l l e s t i m a t e d a t 0.8 £w, o r 1.28 m , t h i s w o u l d l i m i t t h e s h e a r to b e c a r r i e d b y U n i t 4 t o
• V = v. b . d m a x I w
= 0.3 x 0.14 x 1.28 M N
= 54 k N b a s e d o n t h e g r o s s s e c t i o n H o w e v e r , s i n c e t h e w a l l is p a r t i a l l y
g r o u t e d , t h e w i d t h s h o u l d b e t a k e n a s t h e n e t w i d t h o f t h e f a c e s h e l l s , f u r t h e r r e d u c i n g t h e a l l o w a b l e u l t i m a t e s h e a r f o r c e t o a b o u t 25 k N .
B y c o m p a r i s o n , t h e f l e x u r a l c a p a c i t y o f t h e w a l l c o r r e s p o n d s t o a s h e a r o f 1 6 8 k N , o r 1.8 M P a b a s e d o n n e t w a l l w i d t h .
O b v i o u s l y s h e a r f a i l u r e i s e x p e c t e d a t a l o a d s u b s t a n t i a l l y l o w e r t h a n t h a t a s s o c i - a t e d w i t h f l e x u r a l y i e l d i n g . I n t h e l i g h t o f t h e s e o b s e r v a t i o n s , t h e b e h a v i o u r o f U n i t 4 , w i t h a m a x i m u m l o a d o f a b o u t 1 0 5 k N is f e l t t o b e v e r y s a t i s f a c t o r y .
U n i t 2 : D u p l i c a t e d U n i t 4 , b u t w i t h h o r i z o n t a l s t e e l o f D 1 2 ( a i m c e n t r e s . A l t h o u g h t h i s w i l l h e l p t o p r o v i d e b a s k e t - i n g r e i n f o r c e m e n t , t h e s p a c i n g o f h o r i z o n - t a l r e i n f o r c e m e n t is l a r g e r t h a n &w/ 2 , a n d t h e r e f o r e i t c a n n o t b e c o n s i d e r e d e f f e c t i v e as s h e a r r e i n f o r c e m e n t . N e v e r t h e l e s s , t h e w a l l w a s a b l e to e x h i b i t d u c t i l e a c t i o n b e c a u s e of t h e v e r y l o w s h e a r s t r e s s a s s o c i a t e d w i t h f l e x u r a l y i e l d i n g .
U n i t 5: D u p l i c a t e d U n i t 4 , b u t w i t h h o r i z o n t a l s t e e l o f D H 1 6 @ 5 0 0 c e n t r e s o n a v e r a g e . T h i s s h o u l d h a v e r e s u l t e d i n a n i d e a l s h e a r s t r e n g t h o f 2 34 k N . H o w e v e r , i t a p p e a r s t h a t s h e a r f a i l u r e o c c u r r e d a t E A R T H Q U A K E E N G I N E E R I N G , V O L . 1 5 , N O . 2 , J U N E 1 9 8 2
9 8
l o w d u c t i l i t y , w i t h a m a x i m u m l o a d o f a b o u t 1 5 0 k N . It a p p e a r s f r o m t h e p h o t o g r a p h o f f a i l u r e (Fig. 9) t h a t t h i s p r e m a t u r e f a i l u r e m a y h a v e b e e n a d i r e c t r e s u l t o f t h e
t e c h n i q u e o f l o a d a p p l i c a t i o n , a s t h e s h e a r f a i l u r e is c o n c e n t r a t e d i n t h e u p p e r f e w c o u r s e s o f t h e w a l l .
3. D i s p l a c e m e n t s a n d D u c t i l i t y F a c t o r s T h e w r i t e r h a s h a d s o m e d i f f i c u l t y i n i n t e r p r e t i n g t h e a u t h o r s d e f i n i t i o n o f
' y i e l d ' d i s p l a c e m e n t s , a n d r e c o n c i l i n g v a r i o u s d a t a p e r t a i n i n g t o d u c t i l i t i e s a n d t h e o r e t i c a l d i s p l a c e m e n t s a n d s t i f f n e s s e s .
T h e o r e t i c a l d e f l e c t i o n s a r e a p p a r e n t l y b a s e d o n a m e a s u r e d m o d u l u s o f e l a s t i c i t y o f
6.66 G P a , f o u n d f r o m c o m p r e s s i o n t e s t s o n 3 - c o u r s e p r i s m s . T h i s v a l u e a p p e a r s v e r y l o w , a n d t h e w r i t e r w o n d e r s w h e t h e r t h e r e s u l t s c o m e f r o m m e a s u r e m e n t s o f t e s t m a c h i n e r a m d i s p l a c e m e n t , w h i c h w i l l
i n v a r i a b l y i n c l u d e m a c h i n e f l e x i b i l i t y a n d p l a t t e n ' t a k e - u p , r a t h e r t h a n f r o m m e a s u r e - m e n t s o v e r t h e c e n t r a l (say) h a l f o f t h e p r i s m h e i g h t , u s i n g e x t e n s o m e t e r s . I f , a s t h e w r i t e r s u s p e c t s , i t w a s t h e f o r m e r , u n r e a l i s t i c a l l y l o w v a l u e s f o r E w i l l r e s u l t . I n r e c e n t m e a s u r e m e n t s o v e r t h e c e n t r a l 3 c o u r s e s o f 5 - c o u r s e p r i s m s ^ a n (^ j _n m e a s u r e m e n t s o f t a l l m a s o n r y s h e a r w a l l s u n d e r a x i a l l o a d a p p l i c a t i o n s ( A 2 , A 3 )f t h e w r i t e r o b t a i n e d v a l u e s f o r E i n t h e r a n g e
2 5 - 3 5 G P a .
T h e w r i t e r w o u l d w e l c o m e c o m m e n t f r o m t h e a u t h o r s o n h i s a t t e m p t s t o r e c o n c i l e T a b l e 3 w i t h t h e t e x t . It is s t a t e d t h a t y i e l d d i s p l a c e m e n t Ay w a s f o u n d b y f a c t o r i n g u p t h e t h e o r e t i c a l d x s p l a c e m e n t a t f i r s t y i e l d Ay (based o n E - 6.66 G P a ) b y t h e r a t i o o r u l t i m a t e t o f i r s t - y i e l d m o m e n t . T h u s : M
A = A' ^ y y M
1 Y
= A
I t is n o t s t a t e d w h e t h e r t h e o r e t i c a l d i s p l a c e m e n t s w e r e b a s e d o n u n c r a c k e d o r c r a c k e d - s e c t i o n p r o p e r t i e s , n o r w h e t h e r s h e a r d e f o r m a t i o n s w e r e c o n s i d e r e d .
C o n s i d e r U n i t 8. B a s e d o n t h e s t a t e d t h e o r e t i c a l y i e l d l o a d o f P y = 1 5 1 . 7 k N , a n d t h e t h e o r e t i c a l u l t i m a t e l o a d o f
Pu = 22 2.2 k N :
P hJ
y 1 2 E I 2 2 2 . 2 1 5 1 . 7
A ( E /2_3) 1 . 4 6 5 A 1
y
w i t h h = 2.4 m , £w = 1.6 m , a n d bw = 0.14 m , t h e w r i t e r o b t a i n s t h e f o l l o w i n g v a l u e s :
U n c r a c k e d S e c t i o n :
f l e x u r e o n l y : Ay = 0.55 m m -> Ay = 0.80 m m F l e x u r e a n d s h e a r : Ay = 1.22 m m Ay = 1 . 7 9 m m
C r a c k e d S e c t i o n : f l e x u r e o n l y
f l e x u r e a n d s h e a r :
Ay = 1.90 I M - ^ y Av = 2 . 7 8 m m 2.57 m m -> Ay = 3.76 m m
b a s e d o n a n u n c r a c k e d s e c t i o n , a n d is t h u s u n d e r e s t i m a t e d s u b s t a n t i a l l y . A s s u m i n g o n l y t h e c o m p r e s s i o n z o n e is e f f e c t i v e i n r e s i s t - i n g s h e a r d e f o r m a t i o n r e s u l t s i n a v e r y h i g h v a l u e f o r Ay ( a p p r o x i m a t e l y 6.8 m m ) b e c a u s e o f t h e l o w v a l u e f o r E .
N o n e o f t h e c a l c u l a t e d v a l u e s a g r e e w i t h t h e v a l u e o f Ay = 2.45 m m g i v e n in T a b l e 3. M o r e o v e r , i t a p p e a r s t h a t d e s p i t e t h e s t a t e m e n t i n t h e t e x t t h a t T a b l e 3 l i s t s Ay r a t h e r t h a n A y , i t is i n f a c t t h e l a t t e r v a l u e t h a t is i n c l u d e d , s i n c e t h e s t i f f n e s s K y i n T a b l e 3 is f o u n d b y d i v i d i n g t h e y i e l d l o a d P y b y t h e l i s t e d d i s p l a c e m e n t .
F u r t h e r c o n f u s i o n r e s u l t s w h e n a t t e m p t - i n g t o r e c o n c i l e t h e y i e l d d i s p l a c e m e n t s a n d d u c t i l i t i e s w i t h t h e v a l u e s o f T a b l e 3.
A g a i n , c h o o s i n g U n i t 8 a s a n e x a m p l e , e x t r a - p o l a t i o n o f t h e s t r a i g h t l i n e f r o m t h e o r i g i n t h r o u g h t h e l o a d - d e f l e c t i o n p o i n t a t 0.75 P y o n F i g . 12 g i v e s y i e l d d i s p l a c e m e n t s o f 3.2 m m i n o n e d i r e c t i o n a n d 4.1 m m i n t h e o t h e r , f o r a n a v e r a g e o f 3.65 m m . T h e e x p e r i m e n t a l v a l u e l i s t e d i n T a b l e 3 is 5.0 6 m m . I t a p p e a r s t h i s m a y h a v e r e s u l t e d f r o m e x t r a p o l a t i o n o f t h e s l o p e o f t h e l o a d - d e f l e c t i o n c u r v e a t 0.75 P y t o Pu. If t h i s is t h e c a s e i t d o e s n o t c o r r e s p o n d t o t h e m e t h o d u s e d f o r t h e o r e t i c a l c a l c u l a t i o n , n o r t o t h e c o m m o n d e f i n i t i o n f o r e x p e r i m e n t a l d e t e r m i n a t i o n o f Ay (which r e s u l t s i n
A = 3.65 m m , a s a b o v e ) . D u c t i l i t y v a l u e s f o r U n i t 8 a r e a p p a r e n t l y b a s e d o n s o m e t h e o r e t i c a l v a l u e f o r A , r a t h e r t h a n t h e e x p e r i m e n t a l v a l u e , a s i s c o m m o n l y t h e c a s e , b u t s c a l i n g f r o m F i g . 12 r e s u l t s i n
A = 2.05 m m , w h i c h d o e s n o t a g r e e w i t h T a b l e 3, n o r a n y o f t h e v a l u e s c a l c u l a t e d b y t h e w r i t e r . S i m i l a r d i s c r e p a n c i e s a p p e a r t o e x i s t f o r o t h e r u n i t s t e s t e d .
4 . S h e a r F r i c t i o n
F o r t h e l a s t e s t i m a t e , w h i c h s h o u l d b e t h e m o s t r e a l i s t i c , s h e a r d e f o r m a t i o n h a s b e e n
T h e w r i t e r i s u n a b l e t o a g r e e w i t h t h e a u t h o r s c o m m e n t s a b o u t s h e a r f r i c t i o n . P r i o r t o v i s i b l e c r a c k i n g , i t i s u n l i k e l y t h a t e i t h e r t h e v e r t i c a l o r h o r i z o n t a l r e i n - f o r c e m e n t p l a c e s a s i g n i f i c a n t r o l e i n s h e a r t r a n s f e r , j u s t a s r e i n f o r c e m e n t i n c o n c r e t e b e a m s i s i n e f f e c t i v e u n t i l t h e c o n c r e t e c r a c k s .
O f m o r e i m p o r t a n c e , h o w e v e r , i s t h e w e i g h t g i v e n b y t h e a u t h o r s t o s h e a r f r i c t i o n a s a n u l t i m a t e m e c h a n i s m , and t h e e l e v a t i o n o f c o d e s h e a r f r i c t i o n e q u a t i o n s t o s t a t u s a s a ' t h e o r y ' . T h e f o l l o w i n g p o i n t s a r e m a d e
(1) S h e a r f r i c t i o n is a m e a n s w h e r e b y s h e a r c a n b e t r a n s f e r r e d a c r o s s c r a c k s w h e n t h e c l a m p i n g r e i n f o r c e m e n t d o e s n o t e x c e e d y i e l d s t r a i n . T h e c l a m p i n g f o r c e i s s u p - p o s e d t o r e s u l t in a f r i c t i o n a l f o r c e o f u As fy w h e r e As fy is t h e y i e l d f o r c e o f t h e c l a m p i n g r e i n f o r c e m e n t . C l e a r l y f o r t h i s t o o c c u r t h e s u r f a c e s h a v e t o b e i n c o n t a c t .
W h e r e t h e r e i n f o r c e m e n t c r o s s i n g t h e p o t e n t i a l c r a c k is a t y i e l d a n d c r a c k w i d t h s a r e h i g h , s h e a r f r i c t i o n i s i n e f f e c t i v e . H e n c e t h e c o n c r e t e d e s i g n c o d e (A 4) d o e s n o t c o n s i d e r s h e a r f r i c t i o n a s a n e f f e c t i v e
m e c h a n i s m in p l a s t i c h i n g e z o n e s . A t c r i t i c a l c r a c k s s h e a r is t r a n s m i t t e d b y c o m p r e s s i o n - s h e a r t r a n s f e r i n t h e
99
(2)
(3)
A l .
A 2 .
A 3 .
A 4 ,
c o m p r e s s i o n z o n e . W o r k b y H a m i d a n d A 5 , D r y s d a l e ^ 5 ) has r e c e n t l y s h o w n t h a t
v e r y h i g h e f f e c t i v e s h e a r s t r e s s e s a r e p o s s i b l e i n t h e c o m p r e s s i o n z o n e . T h e v a l u e f o r y a d v a n c e d b y t h e d r a f t m a s o n r y c o d e ( i . e . y = 0.7) is a c o n - s e r v a t i v e f i g u r e o b t a i n e d b y c o d e c o m m i t t e e c o n s e n s u s a f t e r r e d u c i n g v a l u e s a c c e p t e d f o r c o n c r e t e w h i c h a r e a l s o l a r g e l y t h e r e s u l t o f c o n - s e r v a t i v e c o d e c o m m i t t e e c o n s e n s u s , r a t h e r t h a n b a s e d o n e x h a u s t e d e x p e r i m e n t a l d a t a . T h u s t h e c l o s e a g r e e m e n t b e t w e e n t h e a u t h o r s ' e q n . 6 a n d 7 h a s n o t h e o r e t i c a l s i g n i f i c a n c e . A p p l y i n g a x i a l l o a d t o a w a l l , o r c o l u m n , w h i l e n o d o u b t i m p r o v i n g s h e a r f r i c t i o n t r a n s f e r (if a p p r o - p r i a t e ) / i n f l u e n c e s t h e u l t i m a t e l o a d c a p a c i t y o f w a l l s d e s i g n e d f o r f l e x - u r a l a c t i o n a c c o r d i n g to w e l l e s t a b - l i s h e d p r i n c i p l e s o f s t r u c t u r a l m e c h a n i c s , f a m i l i a r t o a n y d e s i g n e r w h o h a s d e s i g n e d a c o l u m n . T o s u g g e s t t h a t t h e i n c r e a s e i n s t r e n g t h r e s u l t s f r o m s h e a r f r i c t i o n i s , a t b e s t , m i s - l e a d i n g . F i g . A 2 s h o w s t w o w a l l s s u b j e c t t o t h e s a m e a x i a l p r e l o a d Pe, o n e w a l l b e i n g 5 t i m e s as h i g h a s t h e o t h e r , b u t o t h e r w i s e h a v i n g t h e s a m e s e c t i o n d i m e n s i o n s a n d r e i n f o r c e m e n t r a t i o .
A c c o r d i n g t o t h e a u t h o r s b o t h w a l l s h a v e t h e s a m e i n c r e a s e i n s t r e n g t h d u e t o p r e l o a d , o f a p p r o x i m a t e l y 0.7 P^. In f a c t , c l e a r l y t h e s q u a t W a l l 2 w i l l h a v e a n i n c r e a s e i n l a t e r a l l o a d c a p a c i t y f i v e t i m e s t h a t f o r t h e s l e n d e r W a l l 1.
I t i s a g a i n e m p h a s i s e d t h a t t h e f l e x u r a l s t r e n g t h o f m a s o n r y w a l l u n i t s , w i t h o r w i t h o u t ' p r e l o a d ' is p r e d i c t a b l e b y n o r m a l f l e x u r a l s t r e n g t h t h e o r y f o r r e i n f o r c e d c o n c r e t e , m o d i f i e d f o r m a s o n r y
m a t e r i a l p r o p e r t i e s , p r o v i d e d a d e q u a t e s h e a r s t r e n g t h i s e n s u r e d b y n o r m a l d e s i g n p r o c e e d u r e s .
R e f e r e n c e s
P R I E S T L E Y , M . J . N . , ' S e i s m i c D e s i g n o f 5 h M a s o n r y B u i l d i n g s - B a c k g r o u n d t o t h e d r a f t M a s o n r y C o d e D Z 4 2 1 0 ' , B u l l e t i n N Z N S E E V o l . 1 3 , N o . 4 , D e c . 1 9 8 0 , p p . 3 2 9 - 3 4 6 .
P R I E S T L E Y , M . J . N , a n d E L D E R , D. M c G . , ' S e i s m i c B e h a v i o u r o f S l e n d e r M a s o n r y S h e a r W a l l s ' , D e p a r t m e n t o f C i v i l E n g i n e e r i n g , R e s e a r c h R e p o r t N o . 8 2 - 4 ,
U n i v e r s i t y o f C a n t e r b u r y , M a r c h 1 9 8 2 , —8—T t X 1 1 6 p p .
H A M I D , A . A . a n d D R Y S D A L E , R . G . , ' C o n c r e t e M a s o n r y U n d e r C o m b i n e d S h e a r a n d C o m p r e s s i o n A l o n g t h e M o r t a r J o i n t s ' , J o u r n a l A C I , V o l . 7 7 , N o . 5 , S e p t - O c t . 1 9 8 0 , p p . 3 1 2 - 3 2 0 .
0 . 8 8 P
/ /
| ^ 3 7 P 1 3 Z & | .
0 . 8 8 P
^ 3
F i g . A1 APPROXIMATE A P P L I E D LOADS FROM AUTHOR'S TEST RIG
WALL 1
AH
( a ) Slender Wall 0*2 P
gI /
w-a
h
1
WALL 2 7?W - w
A H =
(b) Squat Wall
AH =
1* °
u pt t K w - q )
P R I E S T L E Y , M . J . N , a n d E L D E R , D . M c G . , ' C y c l i c L o a d i n g T e s t s o n S l e n d e r C o n c r e t e M a s o n r y S h e a r W a l l s ' ,
B u l l e t i n N Z N S E E V o l . 1 5 , N o . 1 , M a r c h 1 9 8 2 , p p . 3 - 2 1 .
F i g . A 2 INCREASE IN LATERAL LOAD CAPACITY
iT h e Design Df c o n c r e t e — —
S t r u c t u r e s ' , D Z 3 1 0 1 , S A N Z , W e l l i n g t o n , 1 9 8 0 .
DUE TO A X I A L LOAD
100
A U T H O R S1 R E P L Y T O P R P R I E S T L E Y ' S C O M M E N T S W e w o u l d l i k e t o t h a n k D r P r i e s t l e y , i n t e r n a t i o n a l l y r e g a r d e d in R H M r e s e a r c h , for h i s d e t a i l e d c o m m e n t s t o o u r p a p e r .
H i s c r i t i c i s m o f o u r l o a d i n g f r a m e is t h r e e f o l d :
I n t h e f i r s t p l a c e , f i g . A l l e a d s Dr P r i e s t l e y t o c o n c l u d e t h a t m o s t of t h e a p p l i e d s h e a r is t r a n s f e r r e d t o t h e R H M in t h e v i c i n i t y o f t h e 5p i n ' . I n f a c t , t h e a x i a l s t i f f n e s s a t t h e t o p l o a d i n g b e a m i s s u c h t h a t a 4 00 k N h o r i z o n t a l load a p p l i e d t o o n e e n d w o u l d e x t e n d t h e b e a m if r e s t r a i n e d o n l y a t t h e o t h e r e n d b y l e s s t h a n 0.1 m m . T h e t w i n 3 8 1 x 1 0 2 c h a n n e l s i n t o w h i c h t h e a p p l i e d l o a d is d i r e c t l y t r a n s f e r r e d a r e b o n d e d b y s t i f f e n - ing p l a t e s t o t h e c o n c r e t e b e a m s u b s e q u e n t l y p o u r e d a g a i n s t t h e m a n d t o e a c h o t h e r b y t i e s . T h e 0.1 m m b e a m e l o n g a t i o n r e p r e s e n t s t h e m a x i m u m t o t a l w i d t h o f v e r t i c a l c r a c k p e r m i t t e d a t t h e t o p of w a l l b y t h e l o a d i n g s y s t e m f o r a n a p p l i e d load a t 4 0 0 k N . H e n c e t h e b e a m e n h a n c e s r a t h e r t h a n r e d u c e s t h e p e r f o r m a n c e o f t h e t o p o f t h e w a l l i n s h e a r .
D r P r i e s t l e y ' s s e c o n d c r i t i c i s m a p p e a r s t o c e n t r e a r o u n d t h e q u e s t i o n o f i n a d e q u a t e f l e x u r a l s t i f f n e s s o f t h e b e a m w i t h t h e e f f e c t t h a t t h e a p p l i e d p a i d o f e q u a l a n d o p p o s i t e v e r t i c a l l o a d s a r e t r a n s f e r r e d d i r e c t l y i n t o t h e R H M . T h e d e g r e e t o w h i c h t h i s h a p p e n s c a n b e t e s t e d b y a s i m p l e a n a l y s i s : W e f i x e d t h e b e a m a t o n e p i n a n d a p p l i e d a v e r t i c a l load a t t h e o t h e r e n d . T h e b e a m w a s s u p p o r t e d a t 2 0 0 c e n t r e s o n s p r i n g s for w h i c h i t i s a s s u m e d t h a t s t r a i n g o e s l i n e a r l y t o z e r o o v e r h a l f t h e w a l l h e i g h t ( i . e . f r o m t o p b e a m t o p o i n t o f c o n t r a f l e x u r e ) . T o b e v e r y c o n s e r v a t i v e , w e a s s u m e d t h a t t h e w a l l w a s u n c r a c k e d a n d h e n c e s p r i n g p r o p e r t i e s w e r e l a r g e (280 k N / m m a v e r a g e s t i f f n e s s ) . T h e d e v i a t i o n f r o m l i n e a r s l o p e o f t h e b e a m c a u s e d b y t h e ' p u l l ' o f t h e R H M s p r i n g s a m o u n t e d t o l e s s t h a n 0 . 1 % o r 1 0 " ° m m . W e t h e r e f o r e c o n c l u d e t h a t a n e s s e n t i a l l y l i n e a r s t r a i n d i s t r i b u t i o n w a s i m p o s e d o n t h e w a l l b y t h e a p p l i e d c o u p l e a n d t h u s t h e t e s t r i g a l l o w s g o o d s i m u l a t i o n o f s e i s m i c l o a d i n g . T h e e x c e l l e n t a g r e e m e n t b e t w e e n t h e o r e t i c a l a n d m e a s u r e d f l e x u r a l w a l l s t r e n g t h s a l s o p r o v i d e s c o n f i d e n c e in t h e r i g .
I n t h e t h i r d p l a c e , m o s t p r e v i o u s m a s o n r y w a l l t e s t s , i n p a r t i c u l a r b y P r i e s t l e y , ^ , 8 w e r e l o a d e d a s a s i m p l e c a n t i l e v e r w i t h a h e a v y t o p b e a m . T h e t e s t r e s u l t s f r o m t h e s e l o w w a l l s w e r e e x t r a p o l a t e d t o p r e d i c t t h e p e r f o r m a n c e o f m u l t i s t o r e y s h e a r w a l l s . It w a s
t h o u g h t t h a t t h e t o p b e a m , (at t h e l o c a t i o n o f p o i n t o f c o n t r a f l e x u r e in a b u i l d i n g ) , m a y h a v e i n h i b i t e d c r a c k s w h i c h w o u l d h a v e p r o p a g a t e d f r o m t h e t o p o f t h e w a l l ,
a n d t h u s a r t i f i c i a l l y e n h a n c e d t h e w a l l s t r e n g t h . T h e m a i n p u r p o s e of t h e e l a b o r a t e r i g u s e d w a s t o i n v e s t i g a t e t h i s c o n c e r n r a t h e r t h a n m e r e l y to t e s t p i e r s i n d o u b l e c u r v a t u r e a s s u g g e s t e d b y P r i e s t l e y . It w a s c o n c l u d e d t h a t t h e s i m p l e c a n t i l e v e r r i g is a d e q u a t e
w h e r e t h e w a l l s f a i l i n f l e x u r e , b u t n o t w h e r e f a i l u r e i s b y d i a g o n a l s h e a r c r a c k i n g . F u r t h e r , e a r t h q u a k e s h a v e n o t r e a d o u r d e s i g n c o d e s , a n d t h u s e v e n if p i e r s h a v e b e e n d e s i g n e d e l a s t i c a l l y , m a n y w i l l e x p e r i e n c e s i g n i f i c a n t i n e l a s t i c d e f o r m a t i o n s d u r i n g l a r g e s e i s m i c
e x c i t a t i o n . T h i s i s o u r j u s t i f i c a t i o n f o r p o s t y i e l d t e s t i n g o f u n i t 4.
U n i t 2 w a s , i n f a c t , r e i n f o r c e d s u b s t a n t i a l l y d i f f e r e n t l y f r o m U n i t 4 a s s h o w n i n F i g 3. N o t w i t h s t a n d i n g t h e l a r g e s p a c i n g s , i t is c l e a r f r o m c o m p a r i s o n o f t h e s e u n i t s t h a t t h e p r e s e n c e o f
h o r i z o n t a l r e i n f o r c e m e n t b e t w e e n f l o o r s s e r v e s t o i n h i b i t t h e d e v e l o p m e n t o f l a r g e d i a g o n a l c r a c k s .
W e a g r e e t h a t t h e m e a s u r e d v a l u e o f m a s o n r y m o d u l u s o f e l a s t i c i t y E m (6.6' G P a ) is l o w f o r t h e r e a s o n s s u g g e s t e d b y
P r i e s t l e y . T h i s w a s d i s c u s s e d i n a c o r r e c t i o n f o r R e f 1 1 c i r c u l a t e d o n 10 M a r c h 19 8 2 . H o w e v e r , f o r U n i t 8 f o r e x a m p l e , d o u b l i n g E m o n l y r e d u c e s t h e t h e o r e t i c a l y i e l d d e f l e c t i o n b y 7%
a n d i n c r e a s e s t h e t h e o r e t i c a l y i e l d a n d u l t i m a t e m o m e n t s b y 4.6% and 0%
r e s p e c t i v e l y . C a l c u l a t i o n s f o r t h e o r e t i c a l l o a d s a n d d e f l e c t i o n s a r e s h o w n i n A p p e n d i x B o f R e f 1 1 . W i t h t h e e x c e p t i o n o f U n i t 9, t h e t h e o r e t i c a l y i e l d d e f l e c t i o n s i n T a b l e 3 w e r e b a s e d o n t h e y i e l d r a t h e r t h a n u l t i m a t e l o a d f o r t h e c r a c k e d s e c t i o n , and i n c l u d e s h e a r d e f l e c t i o n s . T h u s f o r U n i t 8 t h e
y i e l d d e f l e c t i o n a t u l t i m a t e l o a d = A y . P u / P y = 2.45 x 2 2 2 . 2 / 1 5 1 . 7 = 3.59 m m w h i c h i s i n a g r e e m e n t w i t h P r i e s t l e y ' s c a l c u l a t e d 3.76 m m , a s P r i e s t l e y u s e d t h e m i d - c e l l r a t h e r t h a n m e a s u r e d s t e e l l o c a t i o n s to c a l c u l a t e I. T h e DF = 1 d e f l e c t i o n s in t h e g r a p h s w e r e b a s e d o n t h e t h e o r e t i c a l d e f l e c t i o n s o f t h e u n i t s a t f i r s t y i e l d d u e t o f l e x u r e a l o n e r a t h e r t h a n e x p e r i m e n t a l v a l u e s b e c a u s e , a s m o s t u n i t s w e r e v i r t u a l l y u n c r a c k e d d u r i n g t h e c y c l e s t o V<+ y i e l d l o a d , t h e D F = 1 d e f l e c t i o n s c o u l d n o t b e e x t r a p o l a t e d . T h i s a n s w e r s a l l o f P r i e s t l e y1s S e c t i o n 3 q u e s t i o n s .
W e d i d n o t i n t e n d t o p r e s e n t s h e a r f r i c t i o n a s a n a c c e p t a b l e u l t i m a t e m e c h a n i s m , b u t m e r e l y p l a y e d d e v i l ' s a d v o c a t e b y s h o w i n g t h a t t h e g o o d a g r e e m e n t b e t w e e n e x p e r i m e n t a l a n d t h e o r e t i c a l w a l l s t r e n g t h s c o u l d e q u a l l y b e p r e d i c t e d b y c o d e s h e a r f r i c t i o n e q u a t i o n s . C l e a r l y if a l l b a r s h a v e y i e l d e d s u f f i c i e n t l y t o h o l d a c r a c k o p e n w i d e e n o u g h a c r o s s t h e e n t i r e w a l l w i d t h s o t h a t n o a g g r e g a t e i n t e r l o c k c a n o c c u r t h e n t h e s h e a r m u s t b e r e s i s t e d b y s t e e l d o w e l a c t i o n . H o w e v e r f o r p r a c t i c a l d e f o r m a t i o n s t h e c r a c k s w i l l n o t b e t h i s w i d e a n d a s d i s c u s s e d f o r U n i t 7 s h e a r f r i c t i o n t h e o r y p r o v i d e d a b e t t e r a g r e e m e n t w i t h e x p e r i m e n t a l r e s u l t s t h a n d o w e l a c t i o n e q u a t i o n s . F u r t h e r , w i t h U n i t 4 w h i c h h a s n o h o r i - z o n t a l s t e e l , b e c a u s e d o w e l a c t i o n o n l y p r o v i d e s a s h e a r s t r e n g t h of 47 k N
w h i c h w a s l e s s t h a n h a l f t h e m e a s u r e d w a l l s t r e n g t h , s h e a r f r i c t i o n m u s t h a v e p l a y e d a s i g n i f i c a n t r o l e .
