In this paper, seismic performance evaluation was carried out for eight circular reinforced concrete columns designed seismically by KRTA[1]and KCI[8]. Primary design parameters for such columns included many longitudinal reinforcements, yield strength of reinforcements, the vertical spacing of spirals, aspect ratio, and axial force ratio. The test results showed that all the columns exhibited stable hysteretic and inelastic responses. Based on the test results, drift ratios corresponding to each damage state, such as initial yielding, initial cover spalling, initial core concrete crushing, buckling, and fracture of longitudinal reinforcement and final spalled region, were evaluated. Then, those ratios were compared with widely accepted damage limit states. The comparison revealed that the existing damage states were considerably conservative. This implies that additional research is required for the damage limit states of such columns designed seismically by current Korean design codes.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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제18권2E호
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pp.103-109
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2006
Spalling is defined as damages to concrete exposed to high temperature during fire, causing cracks and localized bursting of small pieces of concrete. As the concrete strength increases, the degree of damage caused by spalling becomes more serious due to impaired permeability. It is reported that polypropylene(PP) fiber has an important role in protecting concrete from spalling, and the optimum dosage of PP fiber is 0.2%. However, this study was conducted on non-reinforced concrete specimens. The high-temperature behavior of high-strength reinforced concrete columns with various concrete strength and various quantity of PP fibers is investigated in this study. The results revealed that the ratio of unstressed residual strength of columns increased as the concrete strength increased and as the quantity of PP fiber increased from 0% to 0.2%. However, the effect of PP fiber quantity on residual strength of column was barely above 0.2%.
A numerical method for perdicting the behavior of a reinforced concrete column under biaxial loading is proposed, using the layered finite element method. Concrete is assumed to exhibit strain softening and steel reinforcement is elastic-plastic. The bending theory assumptions are used and bond slip of reinforcement is meglected. To perdict the entire load-deformation characteristics, displacement control method is used. This method consider not only combined effect due to axial load and bending moment but also that due to bending moments. Predicted behaviors of reinforced concrete columns under biaxial loading through the numerical method proposed in this study show good agreements with test results.
To study the mechanical properties of steel reinforced recycled concrete (SRRC) filled circular steel tube columns under eccentric compression loads, this study presents a finite element model which can simulate the eccentrically compressed columns using ABAQUS software. The analytical model was established by selecting the reasonable nonlinear analysis theory and the constitutive relationship of materials in the columns. The influences of design parameters on the eccentric compressive performance of columns were also considered in detail, such as the diameter-thickness ratio of circular steel tube, replacement percentage of recycled coarse aggregate (RCA), slenderness ratio, eccentricity, recycled aggregate concrete (RAC) strength and steel strength and so on. The deformation diagram, stress nephogram and load-displacement curves of the eccentrically compressed columns were obtained and compared with the test results of specimens. The results show that although there is a certain error between the calculation results and the test results, the error is small, which shows the rationality on the numerical model of eccentrically compressed columns. The failure of the columns is mainly due to the symmetrical bending of the columns towards the middle compression zone, which is a typical compression bending failure. The eccentric bearing capacity and deformation capacity of columns increase with the increase of the strength of steel tube and profile steel respectively. Compared with profile steel, the strength of steel tube has a greater influence on the eccentric compressive performance of columns. Improving the strength of RAC is beneficial to the eccentric bearing capacity of columns. In addition, the eccentric bearing capacity and deformation capacity of columns decrease with the increase of replacement percentage of RCA. The section form of profile steel has little influence on the eccentric compression performance of columns. On this basis, the calculation formulas on the nominal eccentric bearing capacity of columns were also put forward and the results calculated by the proposed formulas are in good agreement with the test values.
This paper summarizes an experimental and analytical study on the seismic behavior of high strength reinforced concrete columns under cyclic loading. In total six cantilever columns with different sizes and concrete compressive strengths were tested. Three columns, small size, had a $325{\times}325$ mm cross section and the three other columns, medium size, were $520{\times}520$ mm. Concrete compressive strength was 80, 130 and 180 MPa. All specimens were designed in accordance with the Japanese design guidelines. The tests demonstrated that, for specimens made of 180 MPa concrete compressive strength, spalling of cover concrete was very brittle followed by a significant decrease in strength. Curvature was much important for the small size than for the medium size columns. Concrete compressive strength had no effect on the curvature distribution for a drift varying between -2% and +2%. However, it had an effect on the drift corresponding to the peak moment and on the equivalent viscous damping variation. Simple equations are proposed for 1) evaluating the concrete Young's modulus for high strength concrete and for 2) evaluating the moment-drift envelope curves for the medium size columns knowing that of the small size columns. Experimental moment-drift and axial strain-drift histories were well predicted using a fiber model developed by the authors.
이 연구의 목적은 진동대 실험을 통한 철근콘크리트 교각의 지진거동을 파악하는데 있다. 사용된 프로그램은 철근콘크리트 구조물의 해석을 위한 RCAHEST이다. 재료적 비선형성에 대해서는 균열콘크리트에 대한 인장, 압축, 전단모델과 콘크리트 속에 있는 철근모델을 조합하여 고려하였다. 동적 평형방정식의 해는 HHT 법에 의한 수치적분으로 구하였다. 이 연구에서는 진동대 실험을 통한 철근콘트리트 교각의 지진거동을 파악하기 위해 제안한 해석기법을 신뢰성 있는 실험결과와 비교하여 그 타당성을 검증하였다.
The objective of this study is to investigate the flexural behavior of reinforced concrete columns confined by lateral ties. This test was carried on the twelve reinforced concrete columns subjected to lateral and constant axial loads. The main experimental variables are concrete strength, the configuration of lateral ties, and the amount of lateral ties. Test results indicated that the steel configuration in column sections plays an important role in column behavior, and a proper configuration of lateral ties can obtain more ductile by the reduction of the space of lateral ties. Also, this experiment show that the utlization of high-strength concrete in columns properly designed on ACI Code takes less ductile. Therefore, we can conclude that the design of high-strength concrete columns under high axial loads requires more lateral ties than ACI Code.
This paper deals with the strength and deformation of both short and slender concrete filled steel tubular columns under the combined actions of axial compression and bending moment. Sixteen specimens were tested to investigate the effect of fiber reinforced concrete on the ultimate strength and behavior of the composite column. The primary test parameters were load eccentricity and column slenderness. Companion tests were also undertaken on eight numbers of similar empty steel tubes to highlight the synergistic effects of composite column. The test results demonstrate the influence of fiber reinforced concrete on the strength and behavior of concrete filled steel tubular columns.
The lateral displacement or drift may be the cause of the damage in the reinforced concrete (RC) columns under the seismic load. In many regulations, lateral displacement was limited according to the properties of columns. The design displacement limits may be represented indirectly through the material strain limits and the mechanical properties of columns. EUROCODE-8 and FEMA356 calculate displacement limits by taking into account the mechanical properties of columns. However, Turkey Building Earthquake Code (TBEC) determine displacement limits by taking into account the material strain limits. The aim of this study is to assess the seismic design codes for RC columns through an experimental study. The estimates of seismic design codes have been compared with the experimental results. It is observed that the lateral displacement capacities of columns estimated according to some seismic codes are not in agreement with the experimental results. Also, it is observed that TBEC is conservative in the context of the performance indicator of RC columns, compared to EUROCODE-8 and FEMA356. Moreover, in this study, plastic hinge length and effective stiffness of test elements were investigated.
Zhang, Yitian;Shan, Bo;Kang, Thomas H.K.;Xiao, Yan
Steel and Composite Structures
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제38권2호
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pp.165-176
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2021
Existing research on confined concrete filled steel tubular (CCFT) columns has been mainly focused on static or cyclic loading. In this paper, square section CCFT and CFT columns were tested under both static and impact loading, using a 10,000 kN capacity compression test machine and a drop weight testing equipment. Research parameters included bonded and unbonded fiber reinforced polymer (FRP) wraps, with carbon, basalt and glass FRPs (or CFRP, BFRP, and GFRP), respectively. Time history curves for impact force and steel strain observed are discussed in detail. Experimental results show that the failure modes of specimens under impact testing were characterized by local buckling of the steel tube and cracking at the corners, for both CCFT and CFT columns, similar to those under static loading. For both static and impact loading, the FRP wraps could improve the behavior and increase the loading capacity. To analyze the dynamic behavior of the composite columns, a finite element, FE, model was established in LS-DYNA. A simplified method that is compared favorably with test results is also proposed to predict the impact load capacity of square CCFT columns.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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