This paper presents experimental and analytical studies to understand the behavior of crumb rubber concrete (CRC)-filled fiber reinforced polymer (FRP) and steel tube double skin column (DSC) and beam (DSB) members under cyclic loading. The main test variable was the percentage of rubber which ranged from 0 to 40%. For column members, different heights corresponding to different aspect ratios were examined to understand the to understand the effect of DSCs' slenderness on the cyclic response of the columns. the. The behavior of the specimens in terms of failure mode, strain development, energy dissipation, load-displacement response were presented and compared. The ability of the current provisions of the Australian codes to predict the capacity of such double skin members was also evaluated based on the test results. This study concluded that the reduction in the concrete strength was more severe at the material level compared to structural level. Also, as the load changed from axial compression in columns to pure moment in beams the negative effect of rubber percentage on the strength became less significant.
This paper presented an investigation into steel tubes encased high-strength concrete (STHC) composite walls, wherein steel tubes were embedded at the boundary elements of high-strength concrete walls. A series of cyclic loading tests was conducted to evaluate the failure pattern, hysteresis characteristics, load-bearing capacity, deformability, and strain distribution of STHC composite walls. The test results demonstrated that the bearing capacity and ductility of the STHC composite walls improved with the embedding of steel tubes at the boundary elements. An analytical method was then established to predict the flexural bearing capacity of the STHC composite walls, and the calculated results agreed well with the experimental values, with errors of less than 10%. Finally, a finite element modeling (FEM) was developed via the OpenSees program to analyze the mechanical performance of the STHC composite wall. The FEM was validated through test results; additionally, the influences of the axial load ratio, steel tube strength, and shear-span ratio on the mechanical properties of STHC composite walls were comprehensively investigated.
The analysis and experimental program of reinforced concrete (RC) structures for resistance against such extreme loads as earthquake, blast, and impact have been carried by many researchers and designers. Under the extreme loads, a large amount of energy is suddenly exerted to the structure, hence if the structure fails to absorb the impact energy, catastrophic collapse may occur. To prevent catastrophic collapse of structures, reinforced concrete must have adeguate toughness or it needs to be strengthened. The FRP strengthening method and SFRC are studied widely in resistance of impact load because of their high energy absorption capacity. In this study, drop weight impact tests were implemented to evaluate the impact resistance of SFRC and FRP strengthened RC beam while the total steel fiber volume fractions was fixed at 0.75% carbon FRP flexural strengthened RC beams. Futhermore, to prevent the shear-plug cracks when the impact load strikes the beams, additional FRP shear strengthening method are applied. The experimental, results showed that the FRP strengthened RC SFRC beams has high resistance of shear-plug cracks and crack width and SFRC has high resistance of concrete spalling failure compared to normal RC beams. The FRP flexural and shear strengthening RC beams has weakness in the spalling failure because the impact load concentrated the concrete face which is not strengthened with FRP sheets.
This paper presents an experimental study results on the crack control of flexure-dominant reinforced concrete beams repaired with strain-hardening cement composite (SHCC). Five RC beams were fabricated and tested until failure. One unrepaired RC beam was a control specimen (CBN) and remaining four speciemens were repaired with SHCC materials. The test parameters included two types of SHCC matrix ductility and two types of repair method (patching and layering). Test results demonstrated that RC beams repaired with SHCC showed no concrete crushing or spalling until final failure, but numerous hair cracks were observed. The control specimen CBN failed due to crushing. It is important to note that SHCC matrix can improve crack-damage mitigation and flexural behavior of RC beams such as flexural strength, post peak ductility, and energy dissipation capacity. In the perspective of crack width, crack widths in RC beams repaired with SHCC had far smaller crack width than the control specimen CBN under the same deflection. Especially, the specimens repaired with SHCC of PVA0.75%+PE0.75% showed a high durability and ductility. The crack width indicates the residual capacity of the beam since SHCC matrix can delay residual capacity degradation of the RC beams.
The increase of reclaimed asphalt pavement (RAP) content in recycled asphalt concrete (RAC) is accompanied by the degradation of low-temperature cracking resistance, which has become an obstacle to the development of RAC. This paper aims to reveal the meso-scale mechanisms of the low-temperature fracture behavior of RAC and provide a theoretical basis for the economical recycling of RAP. For this purpose, micromechanical heterogeneous peridynamic model of RAC was established and validated by comparing three-point bending (TPB) test results against corresponding numerical simulation results of RAC with 50% RAP content. Furthermore, the models with different aggregate shapes (i.e., average aggregates circularity (${\bar{C_r}}=1.00$, 0.75, and 0.50) and RAP content (i.e., 0%, 15%, 30%, 50%, 75%, and 100%) were constructed to investigate the effect of aggregate shape and RAP content on the low-temperature cracking resistance. The results show that peridynamic models can accurately simulate the low-temperature fracture behavior of RAC, with only 2.9% and 13.9% differences from the TPB test in flexural strength and failure strain, respectively. On the meso-scale, the damage in the RAC is mainly controlled by horizontal tensile stress and the stress concentration appears in the interface transition zone (ITZ). Aggregate shape has a significant effect on the low-temperature fracture resistance, i.e., higher aggregate circularity leads to better low-temperature performance. The large number of microcracks generated during the damage evolution process for the peridynamic model with circular aggregates contributes to slowing down the fracture, whereas the severe stress concentration at the corners leads to the fracture of the aggregates with low circularity under lower stress levels. The effect of RAP content below 30% or above 50% is not significant, but a substantial reduction (16.9% in flexural strength and 16.4% in failure strain) is observed between the RAP content of 30% and 50%. This reduction is mainly attributed to the fact that the damage in the ITZ region transfers significantly to the aggregates, especially the RAP aggregates, when the RAP content ranges from 30% to 50%.
Kim, Sang-Woo;Kim, Do-Jin;Yoon, Hye-Sun;Baek, Sung-Cheol;Kim, Kil-Hee
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.22
no.4
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pp.527-534
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2010
This study presents a simple method to improve the bond performance of reinforced concrete (RC) beams having high-strength shear reinforcement. In general, the yield strength and the ratio of shear reinforcements are the main parameters governing the shear capacity of RC beams. The yield strength of shear reinforcement, however, has little influence on the bond capacity of RC beams. Therefore, a sudden bond failure of the members with high-strength shear reinforcement can occur before flexural failure. To estimate the structural performance of the proposed method, four RC beams were cast and tested. The main test parameters were the yield strength, ratio, and reinforcing types of shear reinforcements. The experimental results indicated that the proposed method was able to effectively improve the bond performance of RC beams with high-strength shear reinforcement.
In comparison to metal alloys, braided composite features a high impact resistance and crash energy absorption potential, and also it still remained competitive stiffness and strength properties. Braiding angle is one of the most important parameters which affect the mechanical behaviors of braided composite. This paper presents transverse low velocity impact failure behavior analysis on the carbon 3D triaxial braided composite tube with the braiding angle of $20^{\circ}$, $50^{\circ}$ and $80^{\circ}$. The flexural behaviour of 3D triaxial braided composite tube under bending loads was studied by conducting quasistatic three point bending test. Also, the low velocity impact responses of the braided composite tubes were also tested to obtain load-displacement curves and energy absorption. Consequently, the increase of the braided angle, the peak load also increases owing to the bigger bending stiffness.
In the present study, the deformation capacity of slender shear walls with thin web subject to inelastic deformation after flexural yielding was studied. Web-crushing and rebar-fracture were considered as the governing failure mechanisms of walls. To address the effect of the longitudinal elongation on web-crushing and rebar-fracture, the longitudinal elongation was predicted by using truss model analysis. The failure criteria by web-crushing and rebar-fracture were defined as a function of the longitudinal elongation. The proposed method was applied to 17 shear wall specimens with boundary columns, and the prediction results were compared with the test results. The results showed that proposed method predicted the maximum deformations and failure modes of the wall specimens with reasonable precision.
This paper presents an investigation on the dynamic behavior of SRC columns with built-in cross-shaped steels under impact load. Seven 1/2 scaled SRC specimens were subjected to low-speed impact by a gravity drop hammer test system. Three main parameters, including the lateral impact height, the axial compression ratios and the stirrup spacing, were considered in the response analysis of the specimens. The failure mode, deformation, the absorbed energy of columns, as well as impact loads are discussed. The results are mainly characterized by bending-shear failure, meanwhile specimens can maintain an acceptable integrity. More than 33% of the input impact energy is dissipated, which demonstrates its excellent impact resistance. As the impact height increases, the flexural cracks and shear cracks observed on the surface of specimens were denser and wider. The recorded time-history of impact force and mid-span displacement confirmed the three stages of relative movement between the hammer and the column. Additionally, the displacements had a notable delay compared to the rapid changes observed in the measured impact load. The deflection of the mid-span did not exceed 5.90mm while the impact load reached peak value. The impact resistance of the specimen can be improved by proper design for stirrup ratios and increasing the axial load. However, the cracking and spalling of the concrete cover at the impact point was obvious with the increasing in stiffness.
Liu, Ying;Wong, Simon H.F.;Zhang, Hexin;Kuang, J.S.;Lee, Pokman;Kwong, Winghei
Earthquakes and Structures
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v.21
no.6
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pp.613-625
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2021
Non-seismically designed eccentric reinforced concrete beam-column joints were extensively used in existing reinforced concrete frame buildings, which were found to be vulnerable to seismic action in many incidences. To provide a fundamental understanding of the seismic performance and failure mechanism of the joints, three 2/3-scale exterior beam-column joints with non-seismically designed details were cast and tested under reversed cyclic loads simulating earthquake excitation. In this investigation, particular emphasis was given on the effects of the eccentricity between the centerlines of the beam and the column. It is shown that the eccentricity had significant effects on the damage characteristics, shear strength, and displacement ductility of the specimens. In addition, shear deformation and the strain of joint hoops were found to concentrate on the eccentric face of the joint. The results demonstrated that the specimen with an eccentricity of 1/4 column width failed in a brittle manner with premature joint shear failure, while the other specimens with less or no eccentricity failed in a ductile manner with joint shear failure after beam flexural yielding. Test results are compared with those predicted by three seismic design codes and two non-seismic design codes. In general, the codes do not accurately predict the shear strength of the eccentric joints with non-seismic details.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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