The purpose of this study is to develop an analytic model of the concrete column strengthened with laminated CFS, and to provide a basic guideline for the strengthening design by CFS considering orthotropic properties of laminate. In this study, an analytical stress-strain model of laminated CFS is presented based on Tsai-Hill failure criterion. This model has been implemented in an algorithm which can evaluate the confinement effect of CFS. Through this algorithm, the stress-strain relationship of confined concrete is obtained and compared with experimental results of other studies. Using the constitutive relationships, section analyses of concrete column strengthened with CFS are done, and load-moment and load-curvature interaction curves are obtained. In addition, the strengthening effects of CFS according to various laminated angles are analyzed. Analytical results show that the strengthening effects of the strengthened concrete columns are significantly different in compression, flexure, and ductility according to the laminated ways. In compressive direction of principal stress shows the superiority, where an in flexural strengthening effects, [0/90]s does. In the aspect of ductility, [90]s shows the best effect.
Computational Structural Engineering : An International Journal
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v.1
no.1
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pp.39-48
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2001
An analytical compressive stress-strain relationship model for circular and rectangular concrete specimens confined with laminated carbon fiber sheets (CFS) is studied. Tsai-Hill and Tsai-Wu failure criteria were used to implement orthotropic behavior of laminated composite materials. By using these criteria, an algorithm which analyzes the confinement effect of CFS on concrete was developed. The proposed analytical model was verified through the comparison with experimental data. Various parameters such as concrete strength, ply angle, laminate thickness, section shape, and ply stacking sequences were investigated. Numerical results by the proposed model effectively simulate the experimental compressive stress-strain behavior of CFS confined concrete specimens. Also, the pro-posed model estimates the compressive strength of the specimen to a high degree of accuracy.
The use of lateral reinforcement in confined concrete columns can improve bearing capacity and deformability. The lateral responses of lateral reinforcement significantly influence the effective confining pressure on core concrete. However, lateral strain-axial strain model of concrete columns confined by lateral reinforcement has not received enough attention. In this paper, based on experimental results of 85 concrete columns confined by lateral reinforcement under axial compression, the effect of unconfined concrete compressive strength, volumetric ratio, lateral reinforcement yield strength, and confinement type on lateral strain-axial strain curves was investigated. Through parameter analysis, it indicated that with the same level of axial strain, the lateral strain slightly increased with the increase in the unconfined concrete compressive strength, but decreased with the increase in volumetric ratio significantly. The lateral reinforcement yield strength had slight influence on lateral strain-axial strain curves. At the same level of lateral strain, the axial strain of specimen with spiral was larger than that of specimen with stirrup. Furthermore, a lateral strain-axial strain model for concrete columns confined by lateral reinforcement under axial compression was proposed by introducing the effects of unconfined concrete compressive strength, volumetric ratio, confinement type and effective confining pressure, which showed good agreement with the experimental results.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.9
no.2
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pp.207-216
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2005
External confinement by CFS (Carbon Fiber Sheet) is a very effective retrofit method for the reinforced concrete columns subject to either static or seismic loads. For the reliable and cost-effective design of CFS, an accurate stress-strain model is required for CFS-confined concrete. In this paper, uniaxial compression test on short RC column with square section was performed. To evaluate the effect of confinement on the stress-strain relationship of CFS-confined concrete, CFS area ratio and tie area ratio are considered. Based on the experimental results, a stress-strain model is proposed for concrete confined by CFS wraps. In the development of the model, the method to compute the actual hoop strains in CFS jackets at the rupture was examined and resolved. Overall, the results of the model agree well with test data.
Reactive powder concrete (RPC) is a type of ultra-high strength concrete that has a relatively high brittleness. However, its ductility can be improved by confinement, and the use of RPC in composite RPC filled steel tube columns has become an important subject of research in recent years. This paper aims to present an experimental study of axial capacity calculation of RPC filled circular steel tube columns. Twenty short columns under axial compression were tested and information on their failure patterns, deformation performance, confinement mechanism and load capacity were presented. The effects of load conditions, diameter-thickness ratio and compressive strength of RPC on the axial behavior were further discussed. The experimental results show that: (1) specimens display drum-shaped failure or shear failure respectively with different confinement coefficients, and the load capacity of most specimens increases after the peak load; (2) the steel tube only provides lateral confinement in the elastic-plastic stage for fully loaded specimens, while the confinement effect from steel tube initials at the set of loading for partially loaded specimens; (3) confinement increases the load capacity of specimens by 3% to 38%, and this increase is more pronounced as the confinement coefficient becomes larger; (4) the residual capacity-to-ultimate capacity ratio is larger than 0.75 for test specimens, thus identifying the composite columns have good ductility. The working mechanism and force model of the composite columns were analyzed, and based on the twin-shear unified strength theory, calculation methods of axial capacity for columns with two load conditions were established.
Recycled aggregate concrete (RAC) is rarely used in load-carrying structural members. To widen its structural application, the compressive behavior of a promising type of composite column, steel-fiber reinforced polymer (FRP) double-tube confined RAC column, has been experimentally and analytically investigated in this study. The objectives are the different performance of such columns from their counterparts using natural aggregate concrete (NAC) and the different mechanisms of the double-tube and single-tube confined concrete. The single-tube confined concrete refers to that in concrete-filled steel tubular (CFST) columns and concrete-filled FRP tubular (CFFT) columns. The test results showed that the use of recycled coarse aggregates (RCA) affected the axial load-strain response in terms of deformation capacity but such effect could be eliminated with the increasing confinement. The composite effect can be triggered by the double confinement of the steel and carbon FRP (CFRP) tubes but not by the steel and polyethylene terephthalate (PET) FRP tubes. The proposed analysis-oriented stress-strain model is capable to capture the load-deformation history of such steel-FRP double-tube confined concrete columns under axial compression.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2003.09a
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pp.271-279
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2003
The objective of this study is to evaluate the damage of the reinforced concrete bridge piers. For the purpose of this research, twelve reinforced concrete specimens were fabricated and experimented with quasi-static test method. The selected test parameters are lap splice, axial load ratio, confinement steel ratio and number of loading cycle. The method of evaluate of damage index is the model proposed by Park and Ang. In accordance with this research, the most effective test parameter is lap splice of longitudinal steel. Therefore, the retrofit scheme of reinforced concrete bridge piers with lap splice of longitudinal steel, which was constructed before 1992, must be settled without delay. Otherwise, the effect of axial force is trivial. The more confinement steel is less damage index and more loading cycle lead to raise damage. The damage statement proposed Park and Ang is the same with experimental results.
In this paper, the mechanical property of CFRP, BFRP, GFRP and their hybrid FRP was experimentally studied. The elastic modulus and tensile strength of CFRP, BFRP, GFRP and their hybrid FRP were tested. The experimental results showed that the elastic modulus of hybrid FRP agreed well with the theoretical rule of mixture, which means the property of hybrid composites are linear with the volumes of the corresponding components while the tensile strength did not. The bearing capacity, peak strain, stress-strain relationship of circular concrete columns confined by CFRP, BFRP, GFRP and hybrid FRP subjected to axial compression were recorded. And the confinement effect of hybrid FRP on concrete columns was analyzed. The test results showed that the bearing capacity and ductility of concrete columns were efficiently improved through hybrid FRP confinement. A strength model and a stress-strain relationship model of hybrid FRP confined concrete columns were proposed. The proposed stress-strain model was shown to be capable of providing accurate prediction of the axial compressive strength of hybrid FRP confined concrete compared with Teng et al. (2002) model, Karbhari and Gao (1997) model and Miyachi et al. (1999) model. The modified stress-strain model was also suitable for single FRP confinement cases and it was so concise in form and didn't have piecewise fitting, which would be easy for use in structural design.
Utilizing composite members in structures has been considered by many researchers in the past few decades. Using FRP can be very effective owing to its excessively high-tensile strength, which compensate concrete weak performance in tension. In this research, the studied composite beam includes a GFRP semi-confined trapezoidal section covered by GFRP and concrete layers. To assess the bearing capacity, a finite-element model of a composite beam subjected to displacement control loading has been developed and the results were validated using experimental results found throughout the literature. Several parameters affecting the bending performance and behavior of the semi-confined beam have been investigated in this study. Some of these parameters included the thickness of GFRP trapezoidal section members, concrete layer thickness, GFRP layer thickness and the confinement degree of the beam. The results revealed that the beam confinement had the highest effect on the bearing capacity due to prevention of separation of concrete from GFRP which causes the failure of the beam. From the results obtained, an optimal model of primary beam section has been introduced, which provides a higher bearing capacity with the same volume of materials used in the original beam section.
A new type of connection for steel-concrete composite bridges was developed by the Steel Structures Laboratory of Ecole Poytechinque $F{\acute{e}}d{\acute{e}}rale$ de Lausanne. Resistance to longitudinal shear is based on the development of shear stresses in the confined interfaces which form the connection. Confinement is provided by the reinforced concrete slab which encloses the connection and restrains the uplift (lateral separation) of the interfaces by developing normal stresses. The experimental investigation of the interfaces, under static and cyclic loading, enabled the development of the laws describing the structural behaviour of each interface. Those laws were presented by the authors in previous papers. The current paper focuses on the continuity of the research. It presents the experimental investigation on the new connection by means of push-out tests on specimens submitted to static and cyclic shear loading. Investigation revealed that the damage in the connection, due to cyclic loading, is expressed by the accumulation of a residual slip. A safe fatigue failure criterion is proposed for the connection which enabled the verification of the connection for the fatigue limit state with respect to the limit of fatigue. A numerical model is developed which takes into account the laws describing the interface behaviour and the analytical expressions for the confinement effect, the latter obtained by performing finite element analysis. This numerical model predicts the shear resistance of the connection and enables to assess its fatigue limit which is necessary for the fatigue design proposed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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