철근 콘크리트 기둥은 일반적으로 횡철근으로 보강되어 있고 횡철근에 의해 횡구속된 심부 콘크리트의 강도는 횡구속 되지 않은 콘크리트에 비해 증가한다. 그리고 횡구속 효과에 의해 기둥의 강도 및 연성은 증가하게 된다. 횡구속 효과는 콘크리트의 압축강도, 횡구속 철근의 간격, 횡철근 량 및 항복강도 등의 영향을 받는다. 이에 여러 연구자들은 실험을 통해 다양한 변수들을 반영하여 횡구속 콘크리트의 구속모델을 제시하였다. 이 연구에서는 유로코드 2의 구속모델을 통해 하중-변형률 관계를 산정하였고, 이를 Mander 모델, Saatchioglu-Razvi 모델 및 Cusson 등 모델에 의한 값과 비교 분석하였다. 해석 결과 EC2에 의한 횡구속 모델은 콘크리트 강도에 관계없이 적용이 가능하였고, EC2의 재료모델을 사용함으로써 단면해석의 일관성을 확보할 수 있는 것으로 나타났다. EC2의 재료모델에 의한 매개변수해석 결과 횡철근의 특성은 콘크리트 압축강도보다 횡구속 효과에 더 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다.
In this study, the effect of laser shock peening on a titanium alloy was modeled using different confinements. Both liquid and solid confinement could be applied to laser shock peening, and solid confinement provided a dry laser shock peening process, which has the advantage of a corrosion-free effect. When a different confinement was applied to laser shock peening, a different peening effect would be expected. In our study, the peening effect was numerically modeled and simulated. The main effect of different confinements was a change in the impedances required to confine a shock wave from a plasma. The impedances were assumed with respect to different materials. Johnson-Cook's plastic deformation modeling was applied to the simulation. The strains and residual stresses were calculated to evaluate the confinement effects. When solid confinement was used, the residual stress increased by 60-85%, compared to the case of liquid confinement. However, the depth of the residual stress was slightly deeper. The simulated results could be applied to estimate the peening effect when a different confinement was used in the laser shock peening process.
The use of external carbon-fiber-reinforced polymer (CFRP) wraps is one of the most effective techniques existing for the confinement of the circular concrete columns. Currently, several researches have been made to develop models for predicting the behavior of this type of confinement. The disadvantage of the most models, is to not take into account the contribution of the transverse steel reinforcements (TSR) effect, However, very limited models have been recently developed that considers this combined effect and gives less accurate results. This paper presents the development of a new model for the axial behavior of circular concrete columns confined by combining external CFRP warps-and-internal TSR (hoops or spirals) based on the existing experimental data. The comparison between the proposed model and the experimental results showed good agreement comparing to the several existing models. Moreover, the expressions of estimating the ultimate strength and the corresponding strain are simple and precise, which make it easy to use in the design applications.
FRP 자켓으로 콘크리트를 보강하는 경우 FRP의 탄성계수에 따라 강도증진효과가 상이하게 나타난다. 본 논문에서는 기존의 데이터를 사용하여 FRP 보강재의 탄성계수에 따른 보강효과를 분석하고, 실용적으로 사용할 수 있는 강도증진 추정모델을 제시하였다. FRP의 탄성계수는 일반 콘크리트의 압축탄성계수와 강재의 탄성계수를 기준으로 세 구간으로 구분하여 비교하였다. FRP의 탄성계수가 증가할수록 추정모델의 기울기 및 y-절편이 증가하는 것을 알 수 있었다. 또한, FRP의 탄성계수가 콘크리트의 압축탄성계수보다 작은 경우 FRP의 보강량이 작으며 보강효과가 없는 것으로 나타났으며, 이러한 경우 선형적인 모델을 사용하기 어렵다. 따라서 본 연구에서는 FRP의 탄성계수가 콘크리트 압축탄성계수보다 약 2배 큰 것만을 사용하는 경우의 보강효과 추정모델을 제시하였다. 본 연구에서 제시한 모델은 y-절편의 구속조건 여부와 상관없이 거의 동일한 결과를 보여 주었으며, 이러한 특징은 강재보강에서도 발견되는 것으로 합리적인 결과라고 판단할 수 있다.
Early investigations focused mainly on manipulating the confinement effect to develop a reinforced concrete column with lateral hoops. Based on this legacy model, Li's model incorporated the additional confinement effect of a steel jacket. However, recent experiments on plain concrete cylinders with steel jackets revealed relatively large discrepancies in the estimates of strength enhancement and the post-peak behavior. Here, we describe a modified constitutive law for confined concrete with an unbonded external steel jacket in terms of three regions for the loading stage. We used a two-phase heterogeneous concrete model to simulate the uniaxial compression test of a $150mm{\times}300mm$ concrete cylinder with three thicknesses of steel jackets: 1.0 mm, 1.5 mm, and 2.0 mm. The proposed constitutive model was verified by a series of finite element analyses using a finite element program. The damaged plasticity model and extended Drucker-Prager model were applied and compared in terms of the level of pressure sensitivity for confinement in 3D. The proposed model yielded results that were in close agreement with the experimental results.
In order to increase the load carrying capacity and/or increase the service life of existing circular reinforced concrete bridge columns, Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) composites could be utilized. Transverse wrapping of circular concrete columns with CFRP sheets increases its axial and shear strengths. In addition, it provides good confinement to the concrete column core, which enhances the bending and compressive strength, as well as, ductility. Several experimental and analytical studies have been conducted on CFRP strengthened concrete cylinders/columns. However, there seem to be lack of thorough investigation of the effect of elevated temperatures on the response of CFRP strengthened circular concrete columns. A concrete confinement model that reflects the effects of elevated temperature on the mechanical properties of CFRP composites, and the efficiency of CFRP in strengthened concrete columns is presented. Tensile strength and modulus of CFRP under hot conditions and their effects on the concrete confinement are the primary parameters that were investigated. A modified concrete confinement model is developed and presented.
The major objective of this paper is to evaluate the behavior and ultimate resisting capacity of circular CFT columns. To consider the confinement effect, proper material models with respect to the confinement pressure are selected. A fiber section approach is adopted to simulate the nonlinear stress distribution along the section depth. Material nonlinearity due to the cracking of concrete and the yielding of the surrounding steel tube, as well as geometric nonlinearity due to the P-${\Delta}$ effect, are taken into account. The validity of the proposed numerical analysis model is established by comparing the analytical predictions with the results from previous experimental studies about pure bending and eccentric axial loading. Numerical predictions using an unconfined material model were also compared to investigate the confinement effects on various loading combinations. The ultimate resisting capacities predicted by the proposed numerical model and the design guidelines in Eurocode 4 are compared to evaluate the existing design recommendation.
Muhammad Saad Ifrahim;Abdul Jabbar Sangi;Shuaib H. Ahmad
Computers and Concrete
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제31권6호
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pp.527-536
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2023
Fiber Reinforced Polymer (FRP) bar has emerged as a viable and sustainable replacement to steel in reinforced concrete (RC) under severe corrosive environment. The behavior of concrete columns reinforced with FRP bars, spirals, and hoops is an ongoing area of research. In this study, 3D nonlinear numerical modelling of circular concrete columns reinforced with Glass Fiber Reinforced Polymer (GFRP) bars and transversely confined with GFRP spirals were conducted using fracture-plastic model. The numerical models and experimental results are found to be in good agreement. The effectiveness of confinement was accessed through von-mises stresses, and it was found that the stresses in the concrete's core are higher with a 30 mm pitch (46 MPa) compared to a 60 mm pitch (36 MPa). The validated models are used to conduct parametric studies. In terms of axial load carrying capacity and member ductility, the effect of concrete strength, spiral pitch, and longitudinal reinforcement ratio are thoroughly investigated. The confinement effect and member ductility of a GFRP RC column increases as the spiral pitch decreases. It is also found that the confinement effect and member ductility decreased with increase in strength of concrete.
According to former studies, the mechanical properties of reinforced concrete filled tubular steel (RCFT) columns differed greatly from that of concrete filled steel tubular (CFT) columns because of interaction of inserted reinforcement in RCFT. Employing an experiment-based verification policy, a general FE nonlinear analysis model was developed to analyze the mechanical behavior and failure mechanism of RCFT columns under uniaxial compression. The reasonable stress-strain relationships were suggested for confined concrete, reinforcements and steel tube in the model. The mechanism for shear failure of concrete core was found out in the numerical simulation, and a none-conventional method and equation for evaluating the confinement effect of RCFT were proposed.
Lou, Tiejiong;Lopes, Sergio M.R.;Lopes, Adelino V.
Structural Engineering and Mechanics
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제55권2호
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pp.379-398
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2015
Confinement is known to have important influence on ductility of high-strength concrete (HSC) members and it may therefore be anticipated that this parameter would also affect notably the moment redistribution in these members. The correctness of this "common-sense knowledge" is examined in the present study. A numerical test is performed on two-span continuous reinforced HSC beams with and without confinement using an experimentally validated nonlinear model. The results show that the effect of confinement on moment redistribution is totally different from that on flexural ductility. The moment redistribution at ultimate limit state is found to be almost independent of the confinement, provided that both the negative and positive plastic hinges have formed at failure. The numerical findings are consistent with tests performed on prototype HSC beams. Several design codes are evaluated. It is demonstrated that the code equations by Eurocode 2 (EC2), British Standards Institution (BSI) and Canadian Standards Association (CSA) can well reflect the effect of confinement on moment redistribution in reinforced HSC beams but the American Concrete Institute (ACI) code cannot.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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