The size effect on axial compressive strength in notched concrete specimens was experimentally investigated. Based on the concept of the fracture mechanics and size effect law, theoretical studies for axial compressive failure of concrete were reviewed, and two failure modes of concrete specimens under compression were discussed. In this study, experiments of axial compressive failure, which is one of the two failure modes, was carried out by using cylindrical specimens. Adequate notch length was taken from the experimental result of strength variation based on the notch length. And, by taking various sizes of specimens the size effect on axial compressive strength of concrete was investigated. Also, model equations were suggested by modified size effect law (MSEL). The test results show that size effect appears conspicuously for all series of specimens. Additionally, the effect of initial notch length on axial compressive strength was also apparent.
A reliability analysis of the axial compressive load bearing capacity of postfire reinforced concrete (RC) columns strengthened with carbon fiber reinforced polymer (CFRP) sheets was presented. A 3D finite element (FE) model was built for heat transfer analysis using software ABAQUS. Based on the temperature distribution obtained from the FE analysis, the residual axial compressive load bearing capacity of RC columns was worked out using the section method. Formulas for calculating the residual axial compressive load bearing capacity of the columns after fire exposure and the axial compressive load bearing capacity of postfire columns retrofitted with CFRP sheets were developed. Then the Monte Carlo method was used to analyze the reliability of the axial compressive load bearing capacity of the RC columns retrofitted with CFRP sheets using a code developed in MATLAB. The effects of fire exposure time, load ratio, number of CFRP layers, concrete cover thickness, and longitudinal reinforcement ratio on the reliability of the axial compressive load bearing capacity of the columns after fire were investigated. The results show that within 60 minutes of fire exposure time, the reliability index of the RC columns after retrofitting with two layers of CFRPs can meet the requirements of Chinese code GB 50068 (GB 2001) for safety level II. This method is effective and accurate for the reliability analysis of the axial load bearing capacity of postfire reinforced concrete columns retrofitted with CFRP.
In this study, size effect tests were conducted on axial compressive strength of concrete members. An experiment of Mode I failure, which is one of two representative compressive failure modes, was carried out by using dimensionally proportional cylindrical specimens (CS). An adequate notch length was taken from the experimental results obtained from the compressive strength experiment of various initial notch lengths. Utilizing the notch length, specimen sizes were then varied. In addition, new parameters for the modified size effect law (MSEL) were suggested using Levenberg-Marquardt's least square method (LSM). The test results show that size effect was apparent for axial compressive strength of cracked specimens. Namely, the effect of initial notch length on axial compressive strength size effect was apparent.
Khan, Qasim S.;Sheikh, M. Neaz;Hadi, Muhammad N.S.
Steel and Composite Structures
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제30권6호
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pp.591-601
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2019
This research study investigates experimentally and analytically the axial compressive behaviour of Concrete Filled Fiber Reinforced Polymer Tube (CFFT) columns with and without Fiber Reinforced Polymer (FRP) bars. The experimental program comprises five circular columns of 204-206 mm outer diameter and 800-812 mm height. All columns were tested under concentric axial compressive loads. It was found that CFFT columns with and without FRP bars achieved higher peak axial compressive loads and corresponding axial deformations than conventional steel reinforced concrete (RC) column. The contribution of FRP bars was about 12.1% of the axial compressive loads carried by CFFT columns reinforced with FRP bars. Axial load-axial deformation ($P-{\delta}$) curves of CFFT columns were analytically constructed, which mapped well with the experimental $P-{\delta}$ curves. Also, an equation was proposed to predict the axial compressive load capacity of CFFT columns with and without FRP bars, which adequately considers the contributions of the circumferential confinement provided by FRP tubes and lower ultimate strength of FRP bars in compression than in tension.
The size effect of axial compressive strength of concrete in notched specimens was experimentally investigated. Based on the concept of the fracture mechanics and size effect law, theoretical studies for axial compressive failure of concrete were reviewed, and two failure modes of concrete specimen under compression were discussed. In this study, experiment of axial compressive failure, which is one of the two failure modes, was carried out by using double cantilever fracture specimens. By varying the slenderness of cantilevers and the eccentricity of applied loads with respect to the axis of each cantilever, the size effect of axial compressive strength of concrete was investigated, and predicted by Bazant's size effect law. The test results show that size effect appears conspicuously for all series of specimens. For the eccentricity of loads, the influence of tensile and compressive stress at the notch tip are significant and so that the size effect is varied. In other words, if the influence of tensile stress at the notch tip grows up, the size effect of concrete increases. And the fact that the fracture process zone must be sufficiently secured for more accurate experiment was affirmed.
Nie, Shaofeng;Zhou, Tianhua;Liao, Fangfang;Yang, Donghua
Structural Engineering and Mechanics
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제70권4호
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pp.499-511
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2019
In this study, the axial compressive behavior of novel quadruple C-channel built-up cold-formed steel columns with different slenderness ratio was investigated, using the experimental and numerical analysis. The axial compressive capacity and failure modes of the columns were obtained and analyzed. The finite element models considering the geometry, material and contact nonlinearity were developed to simulate and analyze the structural behavior of the columns further. There was a great correlation between the numerical analyses and test results, which indicated that the finite element model was reasonable and accurate. Then influence of, slenderness ratio, flange width-to-thickness ratio and screw spacing on the mechanical behavior of the columns were studied, respectively. The tests and numerical results show that due to small slenderness ratio, the failure modes of the specimens are generally local buckling and distortional buckling. The axial compressive strength and stiffness of the quadruple C-channel built-up cold-formed steel columns decrease with the increase of maximum slenderness ratio. When the screw spacing is ranging from 150mm to 450mm, the axial compressive strength and stiffness of the quadruple C-channel built-up cold-formed steel columns change little. The axial compressive capacity of quadruple C-channel built-up cold-formed steel columns increases with the decrease of flange width-thickness ratio. A modified effective length factor is proposed to quantify the axial compressive capacity of the quadruple C-channel built-up cold-formed steel columns with U-shaped track in the ends.
To observe the confinement effects of Carbon Fiber Sheet(CFS) on the high-strength R/C short columns, Fifteen specimens with CFS were manufactured and tested under uni-axial compressive load. Major variables of this study are amount, spacing, type of CFS and amount of transverse steel. Increasing the amount of transverse steel and CFS, compressive strength and axial rigidity is improved. R/C columns with transverse steel and CFS exhibited less axial stress than columns with only CFS. From the test results, it is shown that the area confined with transverse steel and CFS is considerably important to evaluate axial stress of R/C short columns.
The axial compressive strength of unidirectional FRP is generally quite lower than its axial tensile strength. This fact decreases the advantages of FRP as main load bearing member in engineering structure. In order to restrain the lateral expansion and splitting of GFRP, and accordingly heighten its axial compressive bearing capacity, a project that to confine GFRP pole with surrounding CFRP sheet is suggested in the present study. The Experiment on the CFRP sheet confined GFRP poles showed that a combined structure of high bearing capacity was attained. Basing on the experiment research a theoretical iterative calculation approach is suggested to predict the ultimate axial compressive stress of the combined structure, and the predicted results agree well with the experimental results. Then the influences of geometrical parameters on the ultimate axial compressive stress of the combined structure are also analyzed basing on this approach.
Circular concrete filled steel tube (CFST) columns have an advantage over all other sections when they are used in compression members. This paper proposes a new approach for deriving a new empirical equation to predict the axial compressive capacity of circular CFST columns using the Artificial Neural Network (ANN). The developed ANN model uses 5 input parameters that include the diameter of circular steel tube, the length of the column, the thickness of steel tube, the steel yield strength and the compressive strength of concrete. The only output parameter is the axial compressive capacity. Training and testing the developed ANN model was carried out using 219 available sets of data collected from the experimental results in the literature. An empirical equation is then proposed as an important result of this study, which is practically used to predict the axial compressive capacity of a circular CFST column. To evaluate the performance of the developed ANN model and the proposed equation, the predicted results are compared with those of the empirical equations stated in the current design codes and other models. It is shown that the proposed equation can predict the axial compressive capacity of circular CFST columns more accurately than other methods. This is confirmed by the high accuracy of a large number of existing test results. Finally, the parametric study result is analyzed for the proposed ANN equation to consider the effect of the input parameters on axial compressive strength.
본 연구에서는 콘크리트 부재에서의 축압축강도에 대한 크기효과를 검토하였다. 이를 위하여 두 가지 대표적인 압축파괴모드 중의 하나인 모드 I 파괴에 대한 실험적 연구를 이중 캔틸레버 보를 이용하여 수행하였다. 각 캔틸레버의 축에 대한 작용하중의 편심거리와 초기 균열길이를 변화시킴에 의하여 콘크리트의 축압축강도에도 크기효과가 존재하는 지의 여부를 확인하였고, 최소자승법을 이용하여 수정된 크기효과법칙의 새로운 실험상수들을 제시하였다. 연구결과로부터 초기 균열이 있는 콘크리트 부재의 축압축강도에도 크기효과가 존재함을 확인하였다. 하중의 편심거리에 있어서는 균열선단에서의 인장과 압축응력의 영향이 매우 중요하며 이 경우에 뚜렷한 크기효과가 나타났다. 즉 균열선단에서 인장응력의 영향이 증가하면 콘크리트의 크기효과는 증가한다. 그러나 초기 균열길이의 경우, 축압축강도의 크기효과에 미치는 영향은 존재하지만 균열길이에 따른 차이는 뚜렷하지 않았는데 이는 고강도 콘크리트 부재의 경우 부재의 세장비 차에도 불구하고 파괴진행영역의 크기가 서로 비슷한데 그 원인이 있는 것으로 판단된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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