A new concrete confinement model is developed to predict the axial load versus displacement behavior of circular columns under concentric axial load. The new confinement model is proposed for concrete filled steel tube columns as well as circular reinforced concrete columns with steel tube jacketing. Existing confinement models were evaluated and improved using available experimental data from different sets of columns tested under similar loading conditions. The proposed model is based on commonly used confinement models with an emphasis on modifying the effective confining pressure coefficient utilizing the strength of the unconfined concrete and the steel tube, the length of the column, and the thickness of the steel tube. The proposed model predicts the ultimate axial strength and the corresponding strain with an acceptable degree of accuracy while also highlighting the importance of the manner in which the steel tube is used.
This study investigates the eccentric performance of concrete-filled steel tubular (CFST) stub columns strengthened with steel tube and sandwiched concrete (STSC) jackets. It was revealed that the STSC jacketing method effectively weakened the cracking of concrete in CFST columns on the convex side and the crash on the concave side. Substantial increases in the eccentric bearing capacities were demonstrated after strengthening. A numerical study was further conducted. The decrease in diameter-to-thickness ratio and increase in strength of outer tube contributed to increase in peak load of all components, whereas the increase in sandwiched concrete strength resulted in load increase on itself and had negligible effects on other components. The parametric study showed the effect of inner concrete strength on columns' bearing capacity was magnified after strengthening, whereas that of inner tube thickness was reduced. Within the parameters investigated, high-strength concrete and high-strength steel can be applied without the concern of early abrupt failure of inner low-strength concrete or steel tube.
Early investigations focused mainly on manipulating the confinement effect to develop a reinforced concrete column with lateral hoops. Based on this legacy model, Li's model incorporated the additional confinement effect of a steel jacket. However, recent experiments on plain concrete cylinders with steel jackets revealed relatively large discrepancies in the estimates of strength enhancement and the post-peak behavior. Here, we describe a modified constitutive law for confined concrete with an unbonded external steel jacket in terms of three regions for the loading stage. We used a two-phase heterogeneous concrete model to simulate the uniaxial compression test of a $150mm{\times}300mm$ concrete cylinder with three thicknesses of steel jackets: 1.0 mm, 1.5 mm, and 2.0 mm. The proposed constitutive model was verified by a series of finite element analyses using a finite element program. The damaged plasticity model and extended Drucker-Prager model were applied and compared in terms of the level of pressure sensitivity for confinement in 3D. The proposed model yielded results that were in close agreement with the experimental results.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.04a
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pp.157-160
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2008
The confined concrete subjected multi-axil stresses have been known as the strength of concrete increases significantly. Many researchers have studied in confining effect of concrete, and now are studying in many fields. Lap splices were located in the plastic hinge region of most bridge piers that were constructed before the adoption of the seismic design provision of Korea Highway Design Specification on 1992. But sudden brittle failure of lap splices may occur under loading. This study introduces a new method to retrofit RC bridge columns with lap splice which do not have enough ductility during an earthquake. The new method use mechanical external pressure and steel plates around RC columns. The jacketing built following the new method shows good results of increasing the compressive strength and ductility of concrete cylinders. The thicker steel jacket shows larger compressive strength, however, the ductility at failure depends on the welding quality of steel jackets. In this study, The effect of the new method is verified through comparing the results of the compressive tests and analysis results.
Reinforced concrete (RC) columns are the primary type of vertical support used in building structures that sustain vertical loads. However, their strength may be insufficient due to fire, earthquake or volatile environments. The load demand may be increased due to new functional usages of the structure. The deformability of concrete columns can be greatly reduced under high axial load conditions. In response, a novel steel encasement that distinguishes from the traditional steel jacketing that is assembled by welding or bolt is developed. This novel strengthening method features easy installation and quick strengthening because direct fastening is used to connect the four steel plates surrounding the column. This new connection method is usually used to quickly and stably connect two steel components by driving high strength fastener into the steel components. The connections together with the steel plates behave like transverse reinforcement, which can provide passive confinement to the concrete. The confined column along with the steel plates resist the axial load. By this way, the axial load capacity and deformability of the column can be enhanced. Eight columns are tested to examine the reliability and effectiveness of the proposed method. The effects of the vertical spacing between adjacent connections, thickness of the steel plate and number of fasteners in each connection are studied to identify the critical parameters which affect the load bearing performance and deformation behavior. Lastly, a theoretical model is proposed for predicting the axial load capacity of the strengthened RC columns.
Reinforced concrete (RC) columns can be strengthened by direct fastening of steel plates around a column, forming composite actions. This method can increase both the total load bearing area and the concrete confinement stress. To predict the axial load resistance of strengthened RC columns, the equivalent passive confinement stress of the stirrups and the steel jacket should be accurately quantified, which requires the stress in the stirrups and shear force in the connections to be first obtained. In this paper, parameters, i.e., the stress ratio of the stirrups and shear force ratio of steel plate connectors are utilized to quantify the stress of the stirrups and shear force in the connections. A mechanical model for determining the stress ratio of the stirrups and shear force ratio of steel plate connectors is proposed and validated using the experimental results in a previous study. The model is found to be robust. Subsequently, a parametric study is conducted and the optimum stress ratios of the stirrups and the optimum shear force ratios of connectors are proposed for engineering designs.
Beam-column joints are recognized as one of the most critical and vulnerable zones of a Reinforced Concrete (RC) moment resisting structure subjected to seismic loads. The performance of the deficient beam-column joints can be improved by retrofitting these joints by jacketing them with varied materials like concrete, steel, FRP and ferrocement. In the present study strength behavior of RCC exterior beam-column joints, initially loaded to a prefixed percentage of the ultimate load, and retrofitted using ferrocement jacketing using two different wrapping schemes has been studied and presented. In retrofitting scheme, RS-I, wire mesh is provided in L shape at top and at bottom of the beam-column joint, whereas, in scheme RS-II along with wire mesh in L shape at top and bottom wire mesh is also provided diagonally to the joint. The results of these retrofitted beam-column joints have been compared with those of the controlled joint specimens. The results show an improvement in the ultimate load carrying capacity and yield load of the retrofitted specimens. However, no improvement in the ductility and energy absorption has been observed.
In different high seismic regions around the world, many non-ductile existing reinforced concrete frame buildings, built without adequate seismic detailing requirements, have been damaged or collapsed after past earthquakes. The assessment and the retrofit of these non-ductile concrete structures is crucial theme of research for all the scientific community of engineers. In particular, a careful assessment of the existing building is fundamental for understanding the failure mechanisms that govern the collapse of the structure or the achievement of the recommended limit states. Based on the seismic assessment, the best retrofit strategy can be designed and applied to the structure. A school building located in Avellino province (Italy) is the case study. The analysis of seismic vulnerability carried out on the mentioned building has highlighted deficiencies in both static and seismic load conditions. The retrofit of the building has been designed based on different retrofit options in order to show the real retrofit design developed from the engineers to achieve the seismic safety of the building. The retrofit costs associated to structural operations are calculated for each case and have been summed up to the costs of the in situ tests. The paper shows a real retrofit design case study in which the best solution is chosen based on the results in terms of structural performance and cost among the different retrofit options.
Retrofitting of structures has gained importance over the recent years. Particularly, Reinforced Cement Concrete (RCC) column strengthening has become a challenge to the structural engineers, owing to the risks and complexities involved in it. There are several methods of RCC column strengthening viz. RCC jacketing, steel jacketing and Fiber Reinforced Polymer (FRP) wrapping etc., FRP wrapping is the most promising alternative when compared to the others. The large research database shows FRP wrapping, through lateral confinement, improves the axial load carrying capacity of the columns under concentric loading. However, its confining efficiency reduces under eccentric loading. Hence a relative newer technique called Near Surface Mounting (NSM), in which Carbon FRP (CFRP) strips are epoxy grouted to the precut grooves in the cover concrete of the columns, has been thrust domain of research. NSM technique strengthens the column nominally under concentric load case while significantly under eccentric case. A novel configuration of NSM in which the vertical NSM (VNSM) strips are being connected by horizontal NSM (HNSM) strips was numerically investigated under both concentric and eccentric loading. It was found that the configuration with 6 HNSM strips performed better under eccentric loading than under concentric loading, while the configuration with 3 HNSM strips performed better under concentric loading than under eccentric loading. Hence an optimum of 4 HNSM strips is recommended as strengthening measure for the given column specifications. It was also found that Aluminum alloy cannot be used instead of CFRP in NSM applications owing to its lower mechanical properties.
Miano, Andrea;Chiumiento, Giovanni;Formisano, Antonio;Prota, Andrea
Structural Engineering and Mechanics
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v.82
no.5
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pp.557-569
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2022
The retrofit of existing structures in high seismic zones is a crucial issue in the earthquake engineering field. The interest of the research community is particularly high for the structures that do not respect current seismic codes and present structural deficiencies such as poor detailing and lack of capacity design provisions. A reinforced concrete (RC) school building is used as case study to show the influence of different knowledge levels on the seismic retrofitting cost assessment. The safety assessment of the case study building highlights deficiencies under both vertical and seismic loads. By considering all the possible knowledge levels defined by the Italian such as by the European codes in order to derive the mechanical properties of the school building constitutive materials, the retrofit operations are designed to achieve different seismic safety thresholds. The retrofit structural costs are calculated and summed up to the costs for in-situ in tests. The paper shows how for the case study building the major costs spent for a large number of in-situ tests allows to save a consistent amount of money for retrofit operations. The hypothesis of demolition and reconstruction of the building is also compared in terms of costs with all the analyzed retrofit options.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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