For a performance-based design of structural walls, it is necessary to develop a rational design method for determining the length and detail of boundary confinement so as to satisfy the given ductility demand. In the present study, the curvature capacity of a structural wall with boundary confinement was estimated considering the effects of various design parameters. The curvature demand of the plastic hinge corresponding to the given design displacement was also determined. By equalizing the curvature capacity to the demand, a design method for determining the length of boundary confinement, was developed. According to the design method, the length of boundary confinement increases as axial compressive load and design displacement increase, and as concrete strength, wall thickness, amount of lateral reinforcement and aspect ratio decrease. A study was performed on details for effective lateral confinement of walls with rectangular cross-section. Based on the findings, design guidelines on spacings of ties and cross-ties were proposed.
The present study simplified the moment-curvature relationship to straightforwardly determine the flexural behavior of reinforced concrete (RC) columns. For the idealized column section, moments and neutral axis depths at different stages(first flexural crack, yielding of tensile reinforcing bar, maximum strength, and 80% of the maximum strength at the descending branch) were derived on the basis of the equilibrium condition of forces and compatibility condition. Concrete strains at the extreme compression fiber beyond the maximum strength were determined using the stress-strain relationship of confined concrete, proposed by Kim et al. The lateral load-displacement curves converted from the simplified moment-curvature relationship of columns are well consistent with test results obtained from column specimens under various parameters. The moments and the corresponding neutral axis depth at different stages were formulated as a function of longitudinal reinforcement and transverse reinforcement indices and/or applied axial load index. Overall, curvature ductility of columns was significantly affected by the axial load level as well as concrete compressive strength and the amount of longitudinal and transverse reinforcing bars.
A study was conducted to investigate the flexural behavior of reinforced high-strength concrete beams using Belite cement. In this study, fourteen reinforced Belite and control beams were tested. The major experimental variables are compressive strength(350kgf/$cm^2$ and 600kgf/$cm^2$)of concrete and reinforcement ratios(0.0086~0.0345). They were tested by three point loading method. Comparing with flexural behavior of normal reinforced concrete beams, the investigation were to : (1) determine experimentally the load-displacement relationships and the strain distribution on the section of test beams : (2) determine experimentally the moment-curvature and the load-neutral axis relationship of Belite ; (3) investigate the flexural ductility of Belite ; (4) estimate the ratio of the capacities of nominal moment strength as a function of ACI to as a experiment. From the test results, the flexural behavior of reinforced high-strength concrete beams using Belite cement are similar to flexural behavior of normal reinforced concrete beams.
Kalapodis, Nicos A.;Papagiannopoulos, George A.;Beskos, Dimitri E.
Earthquakes and Structures
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v.18
no.1
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pp.27-44
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2020
This work presents a comparison of three performance-based seismic design methods (PBSD) as applied to plane steel frames having eccentric braces (EBFs) and buckling restrained braces (BRBFs). The first method uses equivalent modal damping ratios (ξk), referring to an equivalent multi-degree-of-freedom (MDOF) linear system, which retains the mass, the elastic stiffness and responds in the same way as the original non-linear MDOF system. The second method employs modal strength reduction factors (${\bar{q}}_k$) resulting from the corresponding modal damping ratios. Contrary to the behavior factors of code based design methods, both ξk and ${\bar{q}}_k$ account for the first few modes of significance and incorporate target deformation metrics like inter-storey drift ratio (IDR) and local ductility as well as structural characteristics like structural natural period, and soil types. Explicit empirical expressions of ξk and ${\bar{q}}_k$, recently presented by the present authors elsewhere, are also provided here for reasons of completeness and easy reference. The third method, developed here by the authors, is based on a hybrid force/displacement (HFD) seismic design scheme, since it combines the force-base design (FBD) method with the displacement-based design (DBD) method. According to this method, seismic design is accomplished by using a behavior factor (qh), empirically expressed in terms of the global ductility of the frame, which takes into account both non-structural and structural deformation metrics. These expressions for qh are obtained through extensive parametric studies involving non-linear dynamic analysis (NLDA) of 98 frames, subjected to 100 far-fault ground motions that correspond to four soil types of Eurocode 8. Furthermore, these factors can be used in conjunction with an elastic acceleration design spectrum for seismic design purposes. Finally, a comparison among the above three seismic design methods and the Eurocode 8 method is conducted with the aid of non-linear dynamic analyses via representative numerical examples, involving plane steel EBFs and BRBFs.
Kim, Seong-Kyum;Park, Jong-Kwon;Han, Sang-Hee;Kim, Byung-Cheol;Jang, Il-Young
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.18
no.1
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pp.48-58
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2014
In this study, quasi-static according to the displacement-controlled (strain control) method tests on RC columns for seismic reinforcement performance in accordance with the provisions of the seismic design and construction before 1992 design code for highway bridges in korea. Used reinforcement that improves the performance of Inorganic Helical Bar, a kind of alloy steel, circular columns were tested outside the seismic reinforcing. In the experiment, fracture behavior, lateral load-displacement relation, ductility and energy assessment evaluation was performed through tests. The variables in experimental are section force of reinforcement, spiral reinforcement spacing, reinforcement method. Improved seismic performance and effect were confirmed through quasi-static test experiments. The results of study confirmed determination the appropriate size of reinforcement, reinforcement forces, spacing and selection of the type required, furthermore, not only mechanical reinforcement but also substitution of high-strength concrete reinforced with concrete cover improved seismic performance.
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.9
no.6
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pp.1-9
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2009
An analysis program to predict the behavior of a concrete filled steel tube column (CFT) was developed. It considered confining effect, material nonlinearity, strain hardening of steel, and initial axial load. With the developed program, axial load-bending moment interaction analyses, moment-lateral displacement relation analyses, and lateral load-lateral displacement relation analyses were performed. For the verification of the developed program, analysis results were compared with the test results from the other researches. The verified results showed that the developed program predicted the behavior of the CFT column with agreeable accuracy. And they showed that it is necessary to consider the confining effect for the reasonable analysis of the CFT column. A simple parametric study was performed and it chose the strength of unconfined concrete and the thickness of a steel tube as the major parameters affecting the behavior of the CFT column. The parametric analysis results showed that the CFT column had higher strength and smaller ductility by increasing the strength of concrete. But the CFT column showed higher strength and larger ductility by increasing the thickness of the steel tube.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.8
no.3
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pp.13-22
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2004
The purpose of this study is to investigate the flexural behavior of circular concrete filled carbon tube(CFCT) columns subjected to constant axial load with the cyclic lateral load. Six numbers of composite columns were tested. Two parameters, winding angle and thickness of tube, were chosen to evaluate the flexural capacity and behavior of CFCT columns. Selected two parameters were considered simultaneously in order to evaluate the flexural behavior of CFCT columns more precisely. Flexural strength, deformation capacity, ductility and energy dissipation capacity of CFCT columns were evaluated by calculating the area of load-displacement envelop curves and load-displacement hysteresis curves obtained from experiment. Also, the ductile capacity obtained from experiment were compared to that of reinforced masonry wall for the comparison of existing structural element.
In order to study the failure mode and seismic behavior of the interior-joint in steel traditional-style buildings, a single beam-column joint and a double beam-column joint were produced according to the relevant building criterion of ancient architectural buildings and the engineering instances, and the dynamic horizontal loading test was conducted by controlling the displacement of the column top and the peak acceleration of the actuator. The failure process of the specimens was observed, the bearing capacity, ductility, energy dissipation capacity, strength and stiffness degradation of the specimens were analyzed by the load-displacement hysteresis curve and backbone curve. The results show that the beam end plastic hinge area deformed obviously during the loading process, and tearing fracture of the base metal at top and bottom flange of beam occurred. The hysteresis curves of the specimens are both spindle-shaped and plump. The ultimate loads of the single beam-column joint and double beam-column joint are 48.65 kN and 70.60 kN respectively, and the equivalent viscous damping coefficients are more than 0.2 when destroyed, which shows the two specimens have great energy dissipation capacity. In addition, the stiffness, bearing capacity and energy dissipation capacity of the double beam-column joint are significantly better than that of the single beam-column joint. The ductility coefficients of the single beam-column joint and double beam-column joint are 1.81 and 1.92, respectively. The cracks grow fast when subjected to dynamic loading, and the strength and stiffness degradation is also degenerated quickly.
The behavior of 8 steel reinforced high-strength concrete (SRHSC) columns, which comprised of four identical columns with cross-shaped steel and other four identical columns with square steel tube, was investigated experimentally under cyclic uniaxial and biaxial loading independently. The influence of steel configuration and loading path on the global behavior of SRHSC columns in terms of failure process, hysteretic characteristics, stiffness degradation and ductility were investigated and discussed, as well as stress level of the longitudinal and transverse reinforcing bars and steel. The research results indicate that with a same steel ratio deformation capacity of steel reinforced concrete columns with a square steel tube is better than the one with a cross-shaped steel. Loading path affects hysteretic characteristics of the specimens significantly. Under asymmetrical loading path, hysteretic characteristics of the specimens are also asymmetry. Compared with specimens under unidirectional loading, specimens subjected to bidirectional loading have poor carrying capacity, fast stiffness degradation, small yielding displacement, poor ductility and small ultimate failure drift. It also demonstrates that loading paths affect the deformation capacity or deformation performance significantly. Longitudinal reinforcement yielding occurs before the peak load is attained, while steel yielding occurs at the peak load. During later displacement loading, strain of longitudinal and transverse reinforcing bars and steel of specimens under biaxial loading increased faster than those of specimens subjected to unidirectional loading. Therefore, the bidirectional loading path has great influence on the seismic performance such as carrying capacity and deformation performance, which should be paid more attentions in structure design.
Background: Fibers have been used in cement mixture to improve its toughness, ductility, and tensile strength, and to enhance the cracking and deformation characteristics of concrete structural members. The addition of fibers into conventional reinforced concrete can enhance the structural and functional performances of safety-related concrete structures in nuclear power plants. Methods: The effects of steel and polyamide fibers on the shear resisting capacity of a prestressed concrete containment vessel (PCCV) were investigated in this study. For a comparative evaluation between the shear performances of structural walls constructed with conventional concrete, steel fiber reinforced concrete, and polyamide fiber reinforced concrete, cyclic tests for wall specimens were conducted and hysteretic models were derived. Results: The shear resisting capacity of a PCCV constructed with fiber reinforced concrete can be improved considerably. When steel fiber reinforced concrete contains hooked steel fibers in a volume fraction of 1.0%, the maximum lateral displacement of a PCCV can be improved by > 50%, in comparison with that of a conventional PCCV. When polyamide fiber reinforced concrete contains polyamide fibers in a volume fraction of 1.5%, the maximum lateral displacement of a PCCV can be enhanced by ~40%. In particular, the energy dissipation capacity in a fiber reinforced PCCV can be enhanced by > 200%. Conclusion: The addition of fibers into conventional concrete increases the ductility and energy dissipation of wall structures significantly. Fibers can be effectively used to improve the structural performance of a PCCV subjected to strong ground motions. Steel fibers are more effective in enhancing the shear performance of a PCCV than polyamide fibers.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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