This paper presents the design of reinforced concrete circular footings subjected to axial load and bending in two directions using a new model. The new model considers the soil real pressure acting on contact surface of the circular footings and these are different, with a linear variation in the contact area, these pressures are presented in terms of the axial load, moments around the axis "X" and the axis "Y". The classical model takes into account only the maximum pressure of the soil for design of footings and it is considered uniform at all points of contact area. Also, a comparison is presented in terms of the materials used (steel and concrete) between the two models shown in table, being greater the classical model with respect the new model. Therefore, the new model is the most appropriate, since it is more economic and also is adjusted to real conditions.
Lopez-Chavarria, Sandra;Luevanos-Rojas, Arnulfo;Medina-Elizondo, Manuel;Sandoval-Rivas, Ricardo;Velazquez-Santillan, Francisco
Advances in Computational Design
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제4권3호
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pp.273-294
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2019
In this paper is presented the minimum cost (optimal design) for reinforced concrete circular isolated footings based on an analytic model. This model considers a load and two moments in directions of the X and Y axes, and the pressure has a variation linear, these are the effects that act on the footing. The minimum cost (optimal design) and the Maple program are shown in Flowcharts. Two numerical experiments are shown to obtain the minimum cost design of the two materials that are used for a circular footing supporting an axial load and moments in two directions in accordance to the code of the ACI (American Concrete Institute), and it is compared against the current design (uniform pressure). Also, the same examples are developed through the normal procedure to verify the minimum cost (optimal design) presented in this document, i.e., the equations of moment, bending shear and punching shear are used to check the thickness, and after, the steel areas of the footing are obtained, and it is compared against the current design (uniform pressure). Results section show that the optimal design is more accurate and more economical than to any other model. Therefore, it is concluded that the optimized design model presented in this paper should be used to obtain the minimum cost design for the circular isolated footings.
Inocencio Luevanos-Soto;Arnulfo Luevanos-Rojas;Victor Manuel Moreno-Landeros;Griselda Santiago-Hurtado
Coupled systems mechanics
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제13권4호
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pp.311-335
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2024
This work aims to show a model to estimate the minimum cost (Thickness and area of steel in X and Y directions) for design a circular isolated footing with eccentric column that considers that the surface in contact with the ground works partially under compression. The formulation is shown by integration to find the moments, the bending shears and the punching shear using the pressure volume under the footing. Some researchers show the minimum cost design for circular isolated footings for an eccentric column assuming that the contact area works completely in compression, others consider the contact surface with the ground working partially in compression for a column in the center of the base. Three numerical examples are developed to obtain the complete design, which are: Example 1 for a column in the center of the base,Example 2 for a column at a distance of 1.50 m from the center of the base in the X direction, Example 3 for a column at a distance of 1.50 m from the center of the base in both directions. Also, a comparison of the new model against the model proposed by other authors is presented. The comparison shows that the new model generates a great saving of up to 43.74% for minimum area and 48.44% for minimum cost design in a column located in the center of the base, and when the column is located at a distance of radius/2 starting from the center of the base in the X direction generates great savings of up to 45.24% for minimum area and 31.80% for minimum cost design. Therefore, it is advisable to use the model presented in this study.
The size of spread footings was found to be unnecessarily large from some actual engineering practices constructed in Taiwan, due to the strict design provisions related to footing uplift. According to the earlier design code in Taiwan, the footing uplift involving separation of footing from subsoil was permitted to be only up to one-half of the foundation base area, as the applied moment reaches the value of plastic moment capacity of the column. The reason for this provision was that rocking of spread footings was not a favorable mechanism. However, recent research has indicated that rocking itself may not be detrimental to seismic performance and, in fact, may act as a form of seismic isolation mechanism. In order to clarify the effects of the relative strength between column and foundation on the rocking behavior of a column, six circular reinforced concrete (RC) columns were designed and constructed and a series of rocking experiments were performed. During the tests, columns rested on a rubber pad to allow rocking to take place. Experimental variables included the dimensions of the footings, the strength and ductility capacity of the columns and the intensity of the applied earthquake. Experimental data for the six circular RC columns subjected to quasi-static and pseudo-dynamic loading are presented. Results of each cyclic loading test are compared against the benchmark test with fixed-base conditions. By comparing the experimental responses of the specimens with different design details, a key parameter of rocking behavior related to footing size and column strength is identified. For a properly designed column with the parameter higher than 1, the beneficial effects of rocking in reducing ductility and the strength demand of columns is verified.
모래지반의 지표면에 위치한 거친 바닥면을 가진 강체 연속기초와 원형기초에 대하여 수치해석을 이용하여 팽창각 변화에 따른 지지력계수 $N_{\gamma}$와 형상계수를 구하였다. 양해법(explicit method)에 기반한 유한차분해석을 이용하여 지지력계수를 산정하기 위한 수치모델과 해석절차를 개발하고, Mohr-Coulomb 소성모델을 이용하여 다양한 내부마찰각(${\phi}$)과 팽창각(${\psi}$) 범위에 대하여 지지력계수를 도출하였다. 팽창각이 감소됨에 따라 지지력도 감소하는 것으로 나타났으며, 보편적인 지지력계수 제안식들이 가정하고 있는 관련흐름법칙(associated flow-rule)이 적용된 경우(${\psi}={\phi}$)를 기준으로 비관련흐름법칙(nonassociated flow-rule)이 적용된 경우(${\psi}$ < ${\phi}$)의 상대적인 지지력 비율을 산출하였고, 일반적인 모래에 대한 관계식을 제안하였다. 원형기초의 형상계수는 연속기초의 평면변형률 조건의 고려 여부에 따라 크게 변하였으며, 평면변형률 조건을 고려하여 내부마찰각을 증가시킨 경우가 기존의 실험 결과와 유사한 경향을 나타내었다. 형상계수 제안식들의 경향이 차이를 나타내는 원인에 대하여 고찰하고 설계시 적용 방안을 제시하였다.
Shell foundations have been employed as an alternative for the conventional flat shallow foundations and have proven to provide economical advantage. They have shown considerably improved performance in terms of ultimate capacity and settlement characteristics. However, despite conical shell foundations are frequently used in industry, the theoretical solutions for bearing capacity of these footings are available for only triangular shell strip foundations. The benefits in design aspects can be achieved through theoretical solutions considering shell geometry. The engineering behavior of a conical shell foundation on mixed soils was investigated experimentally and theoretically in this study. The failure mechanism was obtained by conducting laboratory model tests. Based on that, the theoretical solution of bearing capacity was developed and validated with experimental results, in terms of the internal angle of the cone. In comparison to the circular flat foundation, the results show 15% increase of ultimate load and 51% decrease of settlement at an angle of intersection of $120^{\circ}$. Based on the results, the design chart of modified bearing capacity coefficients for conical shell foundation is proposed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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