The longitudinal reinforcement ratio for the performance-based design of columns was studied. Unlike the existing design codes using uniform minimum reinforcement ratio and effective stiffness for all columns, the longitudinal reinforcement ratio of columns was defined as the function of various design parameters. To evaluate the minimum reinforcement ratio, two conditions were considered: 1) prevention of passive yielding of compression re-bars due to the creep and shrinkage of concrete under sustained service loads; and 2) ultimate flexural strength greater than the cracking moment capacity to maintain the ductility of columns for earthquake design. In addition, the effective flexural stiffness of columns for structural analysis was determined according to the longitudinal reinforcement ratio. The design method addressing the three criteria was proposed. The proposed method was applied to a design example.
Experimental and analytical studies were conducted to clarify the influencing mechanisms of the longitudinal reinforcement on performance of axially loaded Reinforced Concrete-Filled Steel Tube (R-CFST) short columns. The longitudinal reinforcement ratio was set as parameter, and 10 R-CFST specimens with five different ratios and three Concrete-Filled Steel Tube (CFST) specimens for comparison were prepared and tested. Based on the test results, the failure modes, load transfer responses, peak load, stiffness, yield to strength ratio, ductility, fracture toughness, composite efficiency and stress state of steel tube were theoretically analyzed. To further examine, analytical investigations were then performed, material model for concrete core was proposed and verified against the test, and thereafter 36 model specimens with four different wall-thickness of steel tube, coupling with nine reinforcement ratios, were simulated. Finally, considering the experimental and analytical results, the prediction equations for ultimate load bearing capacity of R-CFSTs were modified from the equations of CFSTs given in codes, and a new equation which embeds the effect of reinforcement was proposed, and equations were validated against experimental data. The results indicate that longitudinal reinforcement significantly impacts the behavior of R-CFST as steel tube does; the proposed analytical model is effective and reasonable; proper ratios of longitudinal reinforcement enable the R-CFSTs obtain better balance between the performance and the construction cost, and the range for the proper ratios is recommended between 1.0% and 3.0%, regardless of wall-thickness of steel tube; the proposed equation is recommended for more accurate and stable prediction of the strength of R-CFSTs.
The paper presents an experimental and theoretical study on the influence of steel fibers and longitudinal tension and compression reinforcements on immediate and long-term deflections of high-strength concrete beams of 85 MPa (12,300 psi) compressive, strength. Test results of eighteen beams subjected to sustained load for 180 days show that the deflection behavior depends on the longitudinal tension and compression reinforcement ratios and fiber content; excessive amount of compression reinforcement and fibers may have an unfavorable effect on the long-term deflections. The beams having the ACI Code's minimum longitudinal tension reinforcement showed much higher time-dependent deflection to immediate deflection ratio, when compared with that of the beams having about 50 percent of the balanced tension reinforcement. The results of theoretical analysis of tested beams and those of a parametric study show that the influence of steel fibers in increasing the moment of inertia of cracked transformed sections is most pronounced in beams having small amount of longitudinal tension reinforcement.
Lee Jae-Hoon;Jung Chul-Ho;Ko Seong-Hyun;Son Hyeok-Soo
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.16
no.1
s.79
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pp.111-124
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2004
This research is a part of a research program to verify the seismic performance of circular reinforced concrete bridge columns with respect to longitudinal steel connection details under cyclic lateral load. A total of 21 column specimens were constructed and tested. Main variables in this test program were longitudinal steel connection details(continuous, lap-spliced, and mechanically connected), confinement steel ratio, and axial force ratio, etc. The test results of the columns with different longitudinal steel connection details showed different failure mode, strength degradation, and seismic performance. From the quasi-static test, it was found that the columns with all longitudinal reinforcement lap-spliced showed significantly reduced ductility. However, seismic performance of the columns with half of longitudinal reinforcement lap-spliced showed limited ductility but much more ductile behaviour than the columns with all longitudinal reinforcement lap-spliced. It was also found that the seismic performance, failure mode and strength degradation of columns with mechanical connected longitudinal reinforcement were similar to those of columns with continuous longitudinal reinforcement.
Lee Jung-Yoon;Kim Wook-Yeon;Kim Sang-Woo;Lee Bum-Sik
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.16
no.6
s.84
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pp.795-803
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2004
To prevent the shear failure that occurs abruptly with no sufficient warning, the minimum amount of shear reinforcement should be provided to reinforced concrete(RC) beams. The minimum amount of shear reinforcement of RC beams is influenced by not only compressive strength of concrete but also shear span-to-depth ratio and ratio of tensile longitudinal reinforcement. In this paper, 14 RC beams were tested in order to observe the influences of shear span-to-depth ratio, ratio of tensile longitudinal reinforcement, and compressive strength of concrete. The test results indicated that the rate of shear strength to the diagonal cracking strength of RC beams with the same amount of shear reinforcement increased as the ratio of tensile longitudinal reinforcement increased, while it decreased as the shear span-to-depth ratio increased. The observed test results were compared with the calculated results by the current ACI 318-02 Building Code and the proposed equation.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2001.11a
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pp.477-482
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2001
This paper is to study the effect of longitudinal reinforcement ratios and axial deformation on the frame analysis in reinforced concrete(RC) columns and to investigate the effect of confined concrete core, the length-width ratio and longitudinal steel ratios on frame analysis in Concrete-Filled steel Tubular(CFT) columns. An equation if derived to evaluate the modulus of elasticity for core concrete. The 34 reference data have been collected for the purpose and are processed by the mean of a multiple regression analysis technique. The equation and longitudinal reinforcement ratios was applied to RC columns for structural analysis. Then, the difference of beam moment was identified. In general, the results of analysis was indicated reasonable differences in beam moment, in case of longitudinal reinforcement ratios applied to RC columns when compared with the plain concrete columns. In CFT columns the equation was also applied in order to the effect of confined concrete core on structural analysis. Beam moment was increased as volumetric ratio of lateral steel was decreased. The effect of longitudinal steel ratios was investigated in CFT columns and was confirmed beam moment variety. The result was appeared reasonable difference in beam moment as longitudinal steel was increased.
The purposes of this study is to verify the fracture characteristic of steel which is manufactured in Korea, subjected to cyclic loading. This investigation deals with the low cycle fatigue behavior of longitudinal reinforcement in reinforced concrete bridge substructure (piles and columns of piers). Eighty-one specimens of longitudinal reinforcement were tested under axial strain controlled reversed cyclic tests with strain amplitudes. The selected test variables are ratio of tension strain to compression strain, yield stress of longitudinal reinforcement, ratio of diameter of longitudinal steel to clear length of longitudinal steel, size of longitudinal steel and strain amplitudes. Low cycle fatigue behavior and low-cycle fatigue life are investigated and discussed in this paper.
Su, Junsheng;Dhakal, Rajesh Prasad;Wang, Junjie;Wang, Wenbiao
Earthquakes and Structures
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v.12
no.2
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pp.201-211
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2017
This paper experimentally investigates the effect of yield strength of reinforcing bars and stirrups on the seismic performance of reinforced concrete (RC) circular piers. Reversed cyclic loading tests of nine-large scale specimens with longitudinal and transverse reinforcement of different yield strengths (varying between HRB335, HRB500E and HRB600 rebars) were conducted. The test parameters include the yield strength and amount of longitudinal and transverse reinforcement. The results indicate that the adoption of high-strength steel (HSS) reinforcement HRB500E and HRB600 (to replace HRB335) as longitudinal bars without reducing the steel area (i.e., equal volume replacement) is found to increase the moment resistance (as expected) and the total deformation capacity while reducing the residual displacement, ductility and energy dissipation capacity to some extent. Higher strength stirrups enhance the ductility and energy dissipation capacity of RC bridge piers. While the product of steel yield strength and reinforcement ratio ($f_y{\rho}_s$) is kept constant (i.e., equal strength replacement), the piers with higher yield strength longitudinal bars are found to achieve as good seismic performance as when lower strength bars are used. When higher yield strength transverse reinforcement is to be used to maintain equal strength, reducing bar diameter is found to be a better approach than increasing the tie spacing.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1989.10a
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pp.77-82
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1989
In this paper an experimental approach of the relocation plastic hinging zones of nine reinforced concrete exterior beam-column subassemblages under cyclic loads was tried. The main parameters of the testing program were location of the plastic hinge, difference of the special reinforcement, inclined or intermediate layers of longitudinal reinforcement, applied maximum shear stress. The conclusions presented herein are based on the limited texts conducted. Inclined or intermediate layers of longitudinal reinforcement and extra top and bottom steel in the beam over a specific legnth can be used to move the beam plastic hinging zone away from the column face. But, for the use of intermediate layers of longitudinal reinforcement, sheat reinforcement detail need further investigation.
Bridge piers with bending failure mode are seriously damaged only in the area of plastic hinge length in earthquakes. For this situation, a modified method for the layout of longitudinal reinforcement is presented, i.e., the number of longitudinal reinforcement is increased in the area of plastic hinge length at the bottom of piers. The quasi-static test of three scaled model piers is carried out to investigate the local longitudinal reinforcement at the bottom of the pier on the seismic performance of the pier. One of the piers is modified by increased longitudinal reinforcement at the bottom of the pier and the other two are comparative piers. The results show that the pier failure with increased longitudinal bars at the bottom is mainly concentrated at the bottom of the pier, and the vulnerable position does not transfer. The hysteretic loop curve of the pier is fuller. The bearing capacity and energy dissipation capacity is obviously improved. The bond-slip displacement between steel bar and concrete decreases slightly. The finite element simulations have been carried out by using ANSYS, and the results indicate that the seismic performance of piers with only increasing the number of steel bars (less than65%) in the plastic hinge zone can be basically equivalent to that of piers that the number of steel bars in all sections is the same as that in plastic hinge zone.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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