Stress-strain models of fibre reinforced polymer (FRP) confined concrete have been widely investigated; however, the existing load which is always supported by structures during the retrofitting phase, namely 'preload', has been neglected. Thus, preload effects should be clarified, providing insightful information for FRP retrofitting of structures with preload conditions. Towards this aim, experiments were performed for 27 cylinder concrete specimens with the diameter 150 mm and the height 300 mm. Three specimens were used to test the compressive strength of concrete to compute the preloads 20%, 30% and 40% of the average strength of these specimens. Other 24 specimens were divided into 2 groups; each group included 4 subgroups. Four subgroups were subjected to the above preloads and no preload, and were then wrapped by 2 FRP layers. Similar designation is applied to group 2, but wrapped by 3 FRP layers. All specimens were tested under axial compression to failure. Explosive failure is found to be the characteristic of specimens wrapped by FRP. Experimental results indicated that the preload decreases 12-13% the elastic and second stiffness of concrete specimens wrapped by 2 FRP layers. The stiffness reduction can be mitigated by the increase of FRP layers. Preload negligibly reduces the ultimate force and unclearly affects the ultimate displacement probably due to complicated cracks developed in concrete. A mechanism of preload effects is presented in the paper. Finally, to take into account preload effects, a modification of the widely used model of un-preload FRP confined concrete is proposed and the modified model demonstrated with a reasonable accuracy.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.48
no.1
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pp.61-68
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2006
The p-version nonlinear finite element model has been developed to analyze the nonlinear behavior of simply supported RC slabs strengthened with carbon fiber reinforced plastic sheets. The shape function is adopted with integral of Legendre polynomials. The compression model of concrete is based on the Kupfer's yield criterion, hardening rule, and crushing condition. The cracking behavior is modeled by a smeared crack model. In this study, the fixed crack approach is adopted as being geometrically fixed in direction once generated. Each steel layer has a uniaxial behavior resisting only the axial force in the bar direction. Identical behavior is assumed fur tension and compression of steel according to the elastic modulus. The carbon fiber reinforced plastic sheets are considered as reinforced layers of equivalent thickness with uniaxial strength and rigidity properties in the present model. It is shown that the proposed model is able to adequately predicte the displacement and ultimate load of nonlinear simply supported RC slabs by a patch with respect to reinforcement ratio, thickness and angles of CFRP sheets.
As a new type of concrete material, basic magnesium sulfate cement concrete (BMSC) has the advantages, such as early strength, high strength, good toughness and crack resistance. However, it is unclear about the degradation of the mechanical properties of BMSC columns, which is exposed to the natural environment for several years. In order to apply this new concrete to practical engineering, six large-eccentricity compressive columns of BMSC were studied. The mechanical properties such as the crack propagation, failure morphology, lateral displacement and bearing capacity of BMSC column were studied. The results show that the degradation rate of ultimate load of BMSC column is from 6% to 7%. The degradation rate of the stiffness of the column is from 6% to 13%. With the increase of compressive strength of BMSC, the axial displacement and lateral displacement are gradually reduced. The calculation model of bearing capacity of the BMSC column under the large eccentric compression is proposed. This paper provides a reference for the application of BMSC columns in the civil engineering.
de Oliveira, Lucas C.;de Almeida, Felipe S.;Gomes, Herbert M.
Computers and Concrete
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v.30
no.2
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pp.127-141
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2022
In this paper, a numerical procedure is proposed for achieving the minimum cost design of reinforced concrete polygonal column cross-sections under compression and biaxial bending. A methodology is developed to integrate the metaheuristic algorithm Quantum Particle Swarm Optimization (QPSO) with an algorithm for the evaluation of the strength of reinforced concrete cross-sections under combined axial load and biaxial bending, according to the design criteria of Brazilian Standard ABNT NBR 6118:2014. The objective function formulation takes into account the costs of concrete, reinforcement, and formwork. The cross-section dimensions, the number and diameter of rebar and the concrete strength are taken as discrete design variables. This methodology is applied to polygonal cross-sections, such as rectangular sections, rectangular hollow sections, and L-shaped cross-sections. To evaluate the efficiency of the methodology, the optimal solutions obtained were compared to results reported by other authors using conventional methods or alternative optimization techniques. An additional study investigates the effect on final costs for an alternative parametrization of rebar positioning on the cross-section. The proposed optimization method proved to be efficient in the search for optimal solutions, presenting consistent results that confirm the importance of using optimization techniques in the design of reinforced concrete structures.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.11a
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pp.993-996
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2008
Compression stress block used to concrete structure design substitutes equivalent triangle, rectangle, trapezoid and parabola-rectangle stress block for actual concrete stress distribution. Its shape is different in design code of the major advanced countries. It reflects the material feature of each of country. Presently, compression stress block of korea concrete design code is equal to it of ACI code that doesn't reflect the material feature of the high strength concrete. So, many research conclusions showed that it is not reasonable. The study compares concrete stress blocks of the major advanced countries and does an experiment on concrete compression stress block to know the material feature of the concrete in korea. It obtains the operating load and the concrete strain in experiment and draw stress block parameters. It compares stress block parameters applied to design code with those by the experiment conclusion. In addition, It compares and analyses nominal axial force-moment diagram by the stress block of the major advanced countries.
Recently the world has been suffering from difficulties related to the demand and supply of energy due to the democratic movements sweeping across the Middle East. Consequently, many have turned their attention to never-developed extreme regions such as the polar lands or deep sea, which contain many underground resources. This research investigated the strength and initial elastic modulus values of eternally frozen ground through a uniaxial compression test and indirect tensile test using frozen artificial soil specimens. To ensure accurate test results, a sandymud mixture of standard Jumunjin sand and kaolinite (20% in weight) was used for the specimens in these laboratory tests. Specimen were prepared by varying the water content ratio (7%, 15%, and 20%). Then, the variation in the strength value, depending on the water content, was observed. This research also established three kinds of environments under freezing temperatures of $-5^{\circ}C$, $-10^{\circ}C$, and $-15^{\circ}C$. Then, the variation in the strength value was observed, depending on the freezing environment. In addition, the tests divided the loading rate into 6 phases and observed the variation in the stress-strain ratio, depending on the loading rate. The test data showed that a lower freezing temperature resulted in a larger strength value. An increase in the ice content in the specimen with the increase in the water content ratio influenced the strength value of the specimen. A faster load rate had a greater influence on the uniaxial compression and indirect tensile strengths of a frozen specimen and produced a different strength engineering property through the initial tangential modulus of elasticity. Finally, the long-term strength under a constant water content ratio and freezing temperature was checked by producing stress-strain ratio curves depending on the loading rate.
This paper presents a numerical study on the flat plates in deep basements, subjected to out-of-plane floor load and in-plane compressive load due to soil and hydraulic lateral pressure. For nonlinear finite element analysis, a computer program addressing material and geometric nonlinearities is developed. The validity of the numerical model is established by comparison with existing experiments performed on plates simply supported on four edges. The flat plates to be studied are designed according to the Direct Design Method in Korean Building Code for Structural Concrete. Through numerical study on the effects of different load combinations and loading sequence, the load condition that governs the strength of the flat plates is determined. For the plates under the governing load condition, parametric studies are performed to investigate variations of the strength with reinforcement ratio, aspect ratio, concrete strength, and slenderness ratio. Based on the numerical results, the floor load magnification factor is proposed.
Choi, In Rak;Chung, Kyung Soo;Kim, Jin Ho;Hong, Geon Ho
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.24
no.6
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pp.711-723
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2012
Structural tests were performed to investigate the structural performance of concrete-filled steel tube column using different strength steels in their flange and web with high-strength steel HSA800 and mild steel SM490, respectively. The test parameters included the strength of column flange and infill concrete, and effect of concrete infill. Connection between different grade steels were welded using the electrode appropriate for mild steel and verified its performance. To evaluate the behavior of test specimens, eccentric loading tests were performed and the results were compared with the prediction by current design codes. Axial load and moment carrying capacity of test specimens increased with the yield strength of compression flange and weld fracture occurred after the specimen shows full strength. The prediction result for axial load-bending moment relationship and effective flexural stiffness gave good agreement with the test result.
Naderi, Ali-Asghar;Rahimi, Gholam-Hossein;Arefi, Mohammad
Steel and Composite Structures
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v.16
no.4
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pp.375-387
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2014
The purpose of this paper is to propose a method for evaluation of varying stiffness coefficients of tailored conical shells (TCS). Furthermore, a comparison between buckling loads of these shells under axial load with the different fiber path is performed. A circular truncated conical shell subjected to axial compression is taken into account. Three different theoretical path containing geodesic path, constant curvature path and constant angle path has been considered to describe the angle variation along the cone length, along cone generator of a conical shell are offered. In the TCS with the arbitrary fiber path, the thickness and the ply orientation are assumed to be functions of the shell coordinates and influencing stiffness coefficients of the structure. The stiffness coefficients and the buckling loads of shells are calculated basing on classical shells theory (CST) and using finite-element analysis (FEA) software. The obtained results for TCS with arbitrary fiber path, thickness and ply orientation are derived as functions of shell longitudinal coordinate and influencing stiffness coefficients of structures. Furthermore, the buckling loads based on fiber path and ply orientation at the start of tailored fiber get to be different. The extent of difference for tailored fiber with start angle lower than 20 degrees is not significant. The results in this paper show that using tailored fiber placement could be applied for producing conical shells in order to have greater buckling strengths and lower weight. This work demonstrates the use of fiber path definitions for calculated stiffness coefficients and buckling loads of conical shells.
Lee, Kangmin;Lee, Myung Jae;Oh, Young Suk;Oh, Keunyeong;Hong, Sungbin
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.26
no.4
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pp.289-297
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2014
Recently, high performance steels have been utilized to structural materials in buildings and bridges with the demand for high-rise and long-span of main structures. In this paper, flexure-compression members with the high-strength steel were experimentally evaluated to satisfy the design criteria when stub columns fabricated with HSA800 steel were eccentrically loaded. This test was conducted on box-shaped and H-shaped steels stub columns with high-strength steel to verify the P-M interaction of members subjected to combined forces according to axial load ratios. The results showed that all specimens were satisfied the requirements of Korean Building Code(KBC2009) for using of structural members.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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