Iman Saffarian;Gholam Reza Atefatdoost;Seyed Abbas Hosseini;Leila Shahryari
Computers and Concrete
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제31권6호
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pp.513-525
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2023
This research presents the experimental and theoretical evaluations on circular steel-fiber-reinforced-concrete (SFRC) columns reinforced by glass-fiber-reinforced-polymer (GFRP) rebar under the axial compressive loading. Test programs were designed to investigate and compare the effect of different parameters on the structural behavior of columns by performing tests. Theses variables included conventional concrete (CC), fiber concrete (FC), steel/GFRP longitudinal rebars, and transversal rebars configurations. A total of 16 specimens were constructed and categorized into four groups in terms of different rebar-concrete configurations, including GFRP-rebar-reinforced-CC columns (GRCC), GFRP-rebar-reinforced-FC columns (GRFC), steel-rebar-reinforced-CC columns (SRCC) and steel-rebar- reinforced-FC columns (SRFC). Experimental observations displayed that failure modes and cracking patterns of four groups of columns were similar, especially in pre-peak branches of load-deflection curves. Although the average ultimate axial load of columns with longitudinal GFRP rebars was obtained by 17.9% less than the average ultimate axial load of columns with longitudinal steel rebars, the average axial ductility index (DI) of them was gained by 10.2% higher than their counterpart columns. Adding steel fibers (SFs) into concrete led to the increases of 7.7% and 6.7% of the axial peak load and the DI of columns than their counterpart columns with CC. The volumetric ratio had greater efficiency on peak loads and DIs of columns than the type of transversal reinforcement. A simple analytical equation was proposed to predict the axial compressive capacity of columns by considering the axial involvement of longitudinal GFRP rebars, volumetric ratio, and steel spiral/hoop rebar. There was a good correlation between test results and predictions of the proposed equation.
This paper presents an experimental study on the strength and deformation of concrete-filled circular steel short columns. Six specimens of concrete-filled circular short columns were tested under concentric compressive load. For comparsion, three specimens of circular steel short columns were also loaded to failure. The ultimate strength, ductility, and confinement mechanism of columns were compared. In the comparison, the effect of witch-thickness ratio and concrete compressive strength on the behavior of colimns were examed. As a result, the axial load verse axial average strain relationship of concrete-filled circular steel columns was very stable, because of interactions between the concrete and steel, the strength are 13% and 30% larger than the strength extimated by simply superimposed method of the concrete and steel. The ratio of the circumferential to longitudinal strain increment, both measured on the steel suface, was 0.28 up to the longitudinal strain of 0.1%, increases from 0.3 to 0.8 between the strain of 0.1% to 0.3%, and 0.8 beyond the strain of 0.3%
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.
The determination of midtower longitudinal stiffness has become an essential component in the preliminary design of multi-tower suspension bridges. For a specific multi-tower suspension bridge, the midtower longitudinal stiffness must be controlled within a certain range to meet the requirements of sliding resistance coefficient and deflection-to-span ratio. This study presents a numerical method to divide different types of midtower and determine rational range of longitudinal stiffness for rigid midtower. In this method, influence curves of midtower longitudinal stiffness on sliding resistance coefficient and maximum vertical deflection-to-span ratio are first obtained from the finite element analysis. Then, different types of midtower are divided based on the regression analysis of influence curves. Finally, rational range for longitudinal stiffness of rigid midtower is derived. The Oujiang River North Estuary Bridge which is a three-tower four-span suspension bridge with two main spans of 800m under construction in China is selected as the subject of this study. This will be the first three-tower four-span suspension bridge with steel truss girders and concrete midtower in the world. The proposed method provides an effective and feasible tool for engineers to design midtower of multi-tower suspension bridges.
To analysis of the embanked slope stability using a jointed reinforcement, the internal stability and the external stability have to be satisfied, respectively. But, because the lengths of ready-made steel-grid were limited, the reinforcements must be connecting themselves to the reinforcing. In this study, the mechanical test was carried out to investigate the tensile failure and the pullout failure at the joint parts of them, which was based on the analysis of reinforced slope in field. Through the tensile tests in mid-air for the jointed steel-grid, the deformation behavior was seriously observed as follows : deformation of longitudinal member, plastic deformation of longitudinal member and of crank part. Those effects were due to the confining pressure and overburden pressure of the surrounding ground. The bearing resistance at jointed part of jointed steel-grid was due to the latter only. The maximum tensile forces were higher about 20kN~27kN than ultimate pullout resistance, but, the results of those was almost the same in mid-soil. The failures of steel-grid occurred at welded point both of longitudinal members and transverse members and of jointed parts. The strength of jointed parts itself got pullout force about 20kN, which was about 65% for ultimate pullout force of the longitudinal members N=2. To the stability analysis of reinforced structure including the reinforced slope, the studying of connection effects at jointed part of reinforcement members must be considered. Through the results of them, the stability of reinforced structures should be satisfied.
The inelastic behavior of a reinforced concrete columns is influenced by a number of factors : 1) level of axial load, 2) tie spacing, 3) volumetric ratio of lateral steel, 4) concrete strength, 5) distribution of longitudinal steel, 6) strength of lateral steel, 7) cover thickness, 8) configuration of lateral steel, 9) strain gradient, 10) strain rate, 11) the effectively confined concrete core area, and 12) amount of longitudinal steel. A new constitutive model of a confined concrete is suggested in order to investigate the nonlinear behavior of the reinforced concrete columns under concentric loading. The developed constitutive model for the confined concrete takes into account the effects of effectively confined area as well as the horizontal and longitudinal distributions of the confining pressures. None of the existing models incorporated these two main effects at the same time. A total of different six constitutive models for the behavior of the confined concrete under concentric compression were compared with the sixty-one test results reported by different researchers. The superiority of the developed model in its accuracy is demonstrated by evaluating the error function, which compares the weighted averages for the sum of squared relative differences in peak compressive strength and corresponding strain, stress at strain equal to 0.015, and total area under stress-strain curve up to strain equal to 0.015.
The application of composite steel-concrete slabs with profiled steel sheeting has increased, due to the various advantages in relation to reinforced concrete slabs such as, the reduced thickness, the reduced amount of lost formwork needed, as well as the speed of execution. The loss of longitudinal shear resistance is, generally, the governing design mode for simply supported spans of common lengths. For common distributed loadings, the composite behaviour is influenced by the partial shear connection between the concrete and the steel sheeting. The present research work is intended to contribute to improving the ultimate limit state behaviour of composite slabs using end anchorage. Eurocode 4, Part 1.1 (EN 1994-1-1) provides an analytical methodology for predicting the increase of longitudinal resistance, achieved by using shear studs welded through the steel sheeting as the end anchorage mechanism. The code does not supply an analytical methodology for other kinds of end anchorage so, additional tests or studies are needed to prove the effectiveness of these types of anchorage. The influence of end anchorage mechanisms provided by transverse rebars at the ends of simply supported composite slabs is analysed in this paper. Two experimental programmes were carried out, the first to determine the resistance provided by the new end anchorage mechanism and the second to analyse its influence on the behaviour of simply supported composite slabs.
지진작용에 의한 교각의 파괴유형을 관찰한 결과와 교각의 내진성능실험 결과로서, 소성힌지구역의 철근상세가 교각의 내진성능에 가장 큰 영향을 미친다는 것이 잘 알려져 있다. 소성힌지구역의 철근상세 중에서는 축방향철근의 겹침이음 여부가 횡방향철근의 상세보다 더 큰 영향을 준다. 소성힌지구역에 축방향철근이 겹침이음 되어 있는 경우에는 지진이 발생할 때 축방향철근에 미끌어짐(슬립)현상이 발생하여 연성능력을 발휘할 수 없으므로 충분한 내진성능을 발휘하기 어렵다. 그러나 내진설계기준이 도입되기 이전에 설계되어 시공된 교각의 상당수는 시공 상의 편의성으로 교각 하단에 축방향철근이 겹침이음된 상태로 시공되었다. 따라서 축방향철근이 겹침이음된 비내진 교각에 대한 내진성능 평가와 보강에 대한 연구가 많이 수행된 바 있다. 그러나 비내진 교각에 대한 연구는 원형 단면 기둥과 사각형 단면 기둥에 대한 것이 대부분으로, 벽식 교각의 내진성능과 보강방법에 대한 연구는 거의 수행된 바 없다. 본 논문에서는 축방향철근이 겹침이음된 벽식 교각의 거동특성을 실험적으로 파악하고 겹침이음부의 보강개념을 제안하였다. 축방향철근의 겹침이음과 띠철근의 간격을 변수로 한 벽식 교각의 약축 방향 준정적 실험 결과, 변위연성도의 평가에 사용되는 기존의 항복변위의 정의가 벽식 교각에는 부적절하다는 사실을 발견하였다. 따라서 벽식 교각에 대한 항복변위의 새로운 결정방법을 제안하였다. 또한 비내진 벽식 교각의 내진보강에 효과적인 방법으로 강판과 볼트를 이용한 보강방법을 제시하였고, 실험을 통하여 축방향철근의 슬립현상이 지체되고 연성능력이 향상됨을 확인하였다.
Experimental studies are investigated for RC column retrofitting under cyclic load. Design considerations are jacketing of steel plate of carbon fiber with epoxy bonding, use of unbonded plate, additional concrete grouting, ratio of additional longitudinal steel reinforcement and longitudinal configuration of additional ties. Investigated results are 1) jacketing and additional reinforcements are effective for strengthening, 2) use of additional grouting is less effective with respect to increased section. Future studies are needed to evaluate the requirements about additional reinforcements for member stress level, 3) bond between original and additional grout concrete.
The precast concrete deck is one of suitable solutions for replacement and new construction in urban area. However, the precast concrete deck could be a weak point of the steel plate girder bridges structurally due to the connections between precast panels in the longitudinal direction. Thereafter, it is necessary for improvement of durability and load carrying capacity to introduce the prestress force in the longitudinal direction Some cracks of connections at the precast concrete deck may be occurred due to live loads, the difference of temperature and long-term effects. The shrinkage and creep of concrete may significantly affect long-term behaviors which occur tensile stresses at the precast concrete deck of steel plate girder bridges. In this study, the time-dependant analysis program has been developed to determine the initial prestress force in the longitudinal direction considering loss of stress at the precast concrete deck. Also it has been estimated the initial prestress force by construction stages and shapes of girder.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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