Unlike metallic materials, the importance of fatigue performance of concrete has been ignored. However, it is reported that environmental effects, if it cause deterioration, may increase the risk of fatigue failure under repeated loadings. In case of railroad bridges, the risk may increase due to highly periodic, repetitive, heavier nature of train load, which runs through the fixed passage called the track. Especially, when new material or structure is implemented for a main bridge member, experimental validation should be performed to avoid damage or failure due to unexpected behavior. In this paper, the fatigue performance of an IT girder is examined via a repeated loading test. The IT girder is a new type of a prestressed concrete (PSC) girder with two prestressed H-beams in the top of the girder, which provide additional sectional capacity, and it can be applied to the span longer than 30m which is a typical limit for a usual PSC girder. To obtain the fatigue performance, a 10m IT girder specimen is designed, and a repeated load test is performed by applying the cyclic load two million times. The fatigue performance of the girder is examined according to the Japanese and the CEB-FIB design codes. The fatigue test result shows that the IT girder satisfies both design codes.
Post-earthquake fire (PEF) can lead to a rapid collapse of buildings damaged partially as a result of prior earthquake. Almost all standards and codes for the design of structures against earthquake ignore the risk of PEF, and thus buildings designed using those codes could be too weak when subjected to a fire after an earthquake. An investigation based on sequential analysis inspired by FEMA356 is performed here on the Immediate Occupancy, Life Safety and Collapse Prevention performance levels of structures, designed to the ACI 318-08 code, after they are subjected to an earthquake level with PGA of 0.35g. This investigation is followed by a fire analysis of the damaged structures, examining the time taken for the damaged structures to collapse. As a point of reference, a fire analysis is also performed for undamaged structures and before the occurrence of earthquake. The results indicate that the vulnerability of structures increases dramatically when a previously damaged structure is exposed to PEF. The results also show that the damaging effects of post-earthquake fire are exacerbated when initiated from the second and third floor. Whilst the investigation is made for a certain class of structures (conventional buildings, intermediate reinforced structure, 3 stories), the results confirm the need for the incorporation of post-earthquake fire into the process of analysis and design, and provides some quantitative measures on the level of associated effects.
The behavior of beam-column joints in moment resisting frame structures is susceptible to damage caused by seismic effects due to poor performance of the joints. A good number of researches were carried out to understand the complex mechanism of RC joints considered in current seismic design codes. The traditional construction detailing of transverse reinforcement has resulted in serious joint failures during earthquakes. This paper introduces a new design philosophy involving the use of additional diagonal bars within the joint particularly suitable for low to medium seismic effects in earthquake zones. In this study, ten full-scale interior beam-column specimens were constructed with various additional reinforcement details and configurations. The results of the experiment showed that adding additional bars is a promising approach in reinforced concrete structures where earthquakes are eminent. In terms of overall cracking observation during the test, the specimens with additional bars (diagonal and straight) compared with the ones without them showed fewer cracks in the column. Furthermore, concrete confinement is certainly an important design measure as recommended by most international codes.
The purpose of this experimental research was to evaluate interface shear requirements between UHPC deck and concrete girder with stirrups according to Korean Highway Bridge Design Code and AASHTO LRFD Bridge Design Specifications. The push-out tests are performed to analize the composite behavior in interface of connection. The test results were compared to the values of interface horizontal shear strength predicted by current codes. As the results, it was observed that the test results provided more conservative estimate for horizontal shear strength than the values by current codes equation.
A computing procedure is presented to predict the ultimate behavior of prestressed beams under torsion. This computing procedure is based on an extension of the Variable Angle Truss-Model (VATM) to cover both longitudinal and transversal prestressed beams. Several constitutive relationships are tested to model the behavior of the concrete in compression in the struts and the behavior of the reinforcement in tension (both ordinary and prestress). The theoretical predictions of the maximum torque and corresponding twist are compared with some results from reported tests and with the predictions obtained from some codes of practice. One of the tested combinations of the relationships for the materials was found to give simultaneously the best predictions for the resistance torque and the corresponding twist of prestressed beams under torsion. When compared with the predictions from some codes of practice, the theoretical model which incorporates the referred combination of the relationships provides best values for the torsional strength and leads to more optimized designs.
Indonesia has had seismic codes for earthquake-resistant structures designs since 1970 and has been updated five times to the latest in 2019. In updating the Indonesian seismic codes, seismic hazard maps for design also update, and there are changes to the Peak Ground Acceleration (PGA). Indonesian seismic design uses the concept of building performance levels consisting of Immediate occupancy (IO), Life Safety (LS), and Collapse Prevention (CP). Related to this performance level, cases still found that buildings were damaged more than their performance targets after the earthquake. Based on the above issues, this study aims to analyze the performance of base isolation design on existing target buildings and analyze the seismic fragility for a case study in Indonesia. The target building is a prototype design 8-story medium-rise residential building using the reinforced concrete moment frame structure. Seismic fragility analysis uses Incremental Dynamic Analysis (IDA) with Nonlinear Time History Analysis (NLTHA) and eleven selected ground motions based on soil classification, magnitude, fault distance, and earthquake source mechanism. The comparison result of IDA shows a trend of significant performance improvement, with the same performance level target and risk category, the base isolation structure can be used at 1.46-3.20 times higher PGA than the fixed base structure. Then the fragility analysis results show that the fixed base structure has a safety margin of 30% and a base isolation structure of 62.5% from the PGA design. This result is useful for assessing existing buildings or considering a new building's performance.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.8
no.2
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pp.99-116
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2014
The American Concrete Institute (ACI) 318-11 permits the use of the moment magnifier method for computing the design ultimate strength of slender reinforced concrete columns that are part of braced frames. This computed strength is influenced by the column effective length factor K, the equivalent uniform bending moment diagram factor $C_m$ and the effective flexural stiffness EI among other factors. For this study, 2,960 simple braced frames subjected to short-term loads were simulated to investigate the effect of using different methods of calculating the effective length factor K when computing the strength of columns in these frames. The theoretically computed column ultimate strengths were compared to the ultimate strengths of the same columns computed from the ACI moment magnifier method using different combinations of equations for K and EI. This study shows that for computing the column ultimate strength, the current practice of using the Jackson-Moreland Alignment Chart is the most accurate method for determining the effective length factor. The study also shows that for computing the column ultimate strength, the accuracy of the moment magnifier method can be further improved by replacing the current ACI equation for EI with a nonlinear equation for EI that includes variables affecting the column stiffness and proposed in an earlier investigation.
In this paper, a simplified approach based on critical temperature for fire resistance design of steel-concrete composite beams is proposed. The method for determining the critical temperature and fire protection of the composite beams is developed on the basis of load-bearing limit state method employed in current Chinese Technical Code for Fire safety of Steel Structure in Buildings. Parameters affecting the critical temperature of the composite beams are analysed. The results show that at a definite load level, section shape of steel beams, material properties, effective width of concrete slab and concrete property model have little influence on the critical temperature of composite beams. However, the fire duration and depth of concrete slab have significant influence on the critical temperature. The critical temperatures for commonly used composite beams, at various depth of concrete and fire duration, are given to provide a reference for engineers. The validity of the practical approach for predicting the critical temperature of the composite beams is conducted by comparing the prediction of a composite beam with the results from some fire design codes and full scale fire resistance tests on the composite beam.
Strain rate investigations are needed to calibrate strain-rate-dependent material models and numerical codes. An appropriate material model, which considers the rate effects, need to be used for proper numerical modeling. The plastic concrete cut-off wall is a special underground structure that acts as a barrier to stop or reduce the groundwater flow. These structures might be subjected to different dynamic loads, especially earthquake. Deformability of a structure subjected to dynamic loads is a principal issue which need to be undertaken during the design phase of these structures. The characterization of plastic concrete behavior under different strain rates is essential for proper designing of cut-off walls subjected to dynamic loads. The Cowper-Symonds model, as one of the most commonly applied material models, complies well with the behavior of a plastic concretes in low to moderate strain rates and will be useful in explicit dynamics simulations. This paper aims to present the results of an experimental study on mechanical responses of one of the most useful types of plastic concrete and Cowper-Symonds constant determination procedures in a wide range of strain rate from 0.0005 to 107 (1/s). For this purpose, SHPB, uniaxial, and triaxial compression tests were done on plastic concrete samples. Based on the results of quasi-static and dynamic tests, the dynamic increase factors (DIF) of this material in different strain rates and stress state conditions were determined for calibration of the Cowper - Symonds material models.
Concrete filled steel tube (CFST) structures have been used widely in high-rise buildings and bridges due to the efficiency of structurally favourable interaction between the steel tube and the concrete core. In the current design codes only one loading condition in the column members is considered, i.e., the load is applied on the steel tube and concrete core at the same time. However, in engineering practice the tube structures may be subjected to various loading conditions such as loading on the concrete core only, preloading on the steel tube skeleton before filling of concrete core, and so on. In this research, a series of comparative experiments were carried out to study the structural performance of concrete filled circular steel tube columns subject to four concentric loading schemes. Then, a generalized prediction method is developed to evaluate the ultimate load capacity of CFST columns subject to various loading conditions. It is shown that the predictions by the proposed method agree well with test results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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