In this study, nonlinear analysis of steel plane frame was performed using the refined plastic hinge method of advanced analysis techniques. In deterioration of stiffness in plastic zone, influences by flexural bending, residual stress, geometrical non-linearity, and semi-rigid connection are considered. And also, further reduced tangent modulus was used for geometrical non-linearity, top and seat angle were chosen for semi-rigid connection. Furthermore, 3 parameter power model was used for moment-rotation behaviour of beam to column connection. The loading conditions are combined with axial and lateral force and the inverse triangle distribution of lateral and eight type of analytical models were used in analysis. The results of analyses were compared with semi-rigid and rigid connection on behaviour of numerical analysis models. And also, the behaviors of frame with changes of semi-rigidity were analyzed by using the results obtained from MIIDAS-GENw.
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.
This study aims to identify the effect of both longitudinal reinforcement details and damage level on making a decision of repairing pre-damaged bridge columns using basalt fiber reinforced polymer (BFRP) jackets. Two RC bridge columns with improper details of the longitudinal and/or transverse reinforcement were tested under the effect of a constant axial load and increasing lateral cyclic loading. Test results showed that the lap-splice column exhibited an inferior performance where it showed rapid degradation of strength before achieving the theoretical strength and its deformation capacity was limited; however, quick restoration is possible through a suitable rehabilitation technique. On the other hand, expensive repair or even complete replacement could be the decision for the column with the confinement failure mode. After that, a rehabilitation technique using external BFRP jacket was adopted. Performance-based design details guaranteeing the enhancement in the inelastic performance of both damaged columns were addressed and defined. Test results of the repaired columns confirmed that both reparability and the required repairing time of damage structures are dependent on the reinforcement details at the plastic hinge zone. Furthermore, lap-splice of longitudinal reinforcement could be applied as a key design-tool controlling reparability and restorability of RC structures after massive actions.
Kim, Sung-Ryul;Lee, Si-Hoon;Chung, Moon-Kyung;Lee, Ju-Hyung;Kwak, Ki-Suk
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2010.03a
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pp.1132-1139
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2010
The steel pipe of steel-concrete composite piles increases the pile strength and induces the ductile failure by constraining the deformation of the inner concrete. In this research, the load-movement relations and the reinforcement effect by the outer steel pipe in the steel-concrete composite pile were analyzed by performing three-dimensional numerical analyses, which can simulate the yielding behavior of pile material and the elasto-plastic behavior of soils. The parameters analyzed in the study include three pile materials of steel, concrete and composite, pile diameter, pile distance and loading direction. As the results, the axial capacity of the composite pile was about 73% larger than that of the steel pipe pile and about 14% larger than that of the concrete pile. In addition, the horizontal movement at the pile head of the composite pile was about 51% of that of the steel pile and about 19% of that of the concrete pile.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.10
no.3
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pp.393-406
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2016
Axially loaded reinforced concrete columns are hardly exist in practice due to the development of some bending moments. These moments could be produced by gravity loads or the lateral loads. First, the current paper presents a detailed analysis on the overall structural behavior of 15 eccentrically loaded columns as well as one concentrically loaded control one. Columns bent in either single curvature or double curvature modes are tested experimentally up to failure under the effect of different end eccentricities combinations. Three end eccentricities ratio were studied, namely, 0.1b, 0.3b and 0.5b, where b is the column width. Second, an expression correlated the decay in the normalized axial capacity of the column and the acting end eccentricities was developed based on the experimental results and then verified against the available formula. Third, based on the equivalent column concept, the equivalent pin-ended columns were obtained for columns bent in either single or double curvature modes. And then, the effect of end eccentricity ratio was correlated to the equivalent column length. Finally, a simplified design procedure was proposed for eccentrically loaded braced column by transferring it to an equivalent axially loaded pin-ended slender column. The results of the proposed design procedure showed comparable results against the results of the ACI 318-14 code.
Through bolt connections in Concrete Filled Steel Tubes (CFSTs) has been proved to be good in terms of seismic performance and constructability. Stiffened extended end plate connection with full through type bolt helps to avoid field weld altogether, and hence to improve the quality of joints. An experimental study was conducted on the hysteretic performance of square interior beam-column connections using flat extended end plates with through bolt. The study focuses on the effect of the bond between the tie rod and the core concrete on the cyclic performance of the joint. The study also quantifies how much the interior joint is getting strengthened due to the confinement effect induced by bi-directional bolting, which is widely used in 3D moment resisting frames. For a better understanding of the mechanism and for the prediction of shear capacity of the panel zone, a mathematical model was generated. The various parameters included in the model are the influence of axial load, amount of prestress induced by bolt tightening, anchorage, and the concrete strut action. The study investigates the strength, stiffness, ductility, and energy dissipation characteristics. The results indicate that the seismic resistance is at par with American Institute of Steel Construction (AISC) seismic recommendations. The bidirectional bolting and bond effect have got remarkable influence on the performance of joints.
This paper presents a combined numerical and theoretical study on the composite action between steel and concrete of circular steel tube confined concrete (STCC) stub columns under axial compressive loading with a full theoretical elasto-plastic model and finite element (FE) model in comparison with experimental results. Based on continuum mechanics, the elasto-plastic model for STCC stub columns was established and the analysis was realized by a FORTRAN program and the three dimensional FE model was developed using ABAQUS. The steel ratio of the circular STCC columns were defined in range of 0.5% to 2% to analyze the composite action between steel tube and concrete, and make a further study on the advantages of the circular STCC columns. By comparing the results using the elasto-plastic methods with the parametric analysis result of FE model, the appropriate friction coefficient between the steel tube and core concrete was defined as 0.4 to 0.6. Based on ultimate balance theory, the formula of ultimate load capacity applying to the circular STCC stub columns was developed.
In the present study, a Finite Element Model has been developed and used to study the effect of diameter to wall thickness ratio (D/t) of steel tube filled with concrete under axial loading on its behavior and load carrying capacity. The model is verified by comparing its findings with available experimental results. Influence of thickness and area of steel tube on strength, ductility, confinement and failure mode shapes has been studied. Strength enhancement factors, load factor, confinement contribution, percentage of steel and ductility index are defined and introduced for the assessment. A parametric study by varying length and thickness of tube has been carried out. Diameter of tube kept constant and equals to 140 mm while thickness has been varied between 1 mm and 6 mm. Equations were developed to find out the ultimate load and confined concrete strength of concrete. Variation of lateral confining pressure along the length of concrete cylinder was obtained and found that it varies along the length. The increase in length of tubes has a minimal effect on strength of tube but it affects the failure mode shapes. The findings indicate that optimum use of materials can be achieved by deciding the thickness of steel tube. A better ductility index can be obtained with the use of higher thickness of tube.
In recent years, CFRP material usage in strengthening applications gradually became widespread. Especially, the studies on the strengthening of shear deficient reinforced concrete beams with CFRP strips are chosen as a subject to numerous experimental studies and research on this subject are increased rapidly. The most important variable, that is affected on the failure mode of CFRP strips and that is needed for determining the shear capacity of the strengthened reinforced concrete beams, is the strain distribution between CFRP strips and concrete. Numerous experimental studies are encountered in the literature about the determination of strain distribution between CFRP strips and concrete. However, these studies mainly focused on the CFRP strips under axial tension. There are very limited numbers of experimental and analytic studies examining the strain distribution between concrete and CFRP strips, which are under combined stresses due to the effects of shear force and bending moment. For this reason, existing experimental study in the literature is used as model for ANSYS finite element software. Nonlinear finite element analysis of RC beams strengthened against shear with CFRP strips under reverse cyclic loading is performed. The strain distributions between CFRP strips and concrete that is obtained from finite element analysis are compared with the results of experimental measurements. It is seen that the experimental results are consisted with the results derived from the finite element analysis and important findings on the strain distribution profile are reached by obtaining strain values of many points using finite element method.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.15
no.1
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pp.49-56
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2011
The strengthening effect of CFRP sheet and AFRP sheet with buckling-restrained brace for Beam-Column joints under constant axial and cyclic lateral loading is evaluated experimentally in this paper. Six test specimens were constructed. The main test parameters included the FRP Sheet and Buckling-restrained braces. The results of the tests were analyzed by focusing on their mode of failure, maximum load, ductility indexes, and energy dissipation capacity. Test results indicated that CFRP Sheet with the buckling-restrained brace system significantly increased the strength and stiffness of the specimen and that it was the most adequate retrofitting method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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