Reinforced concrete (RC) columns are the primary type of vertical support used in building structures that sustain vertical loads. However, their strength may be insufficient due to fire, earthquake or volatile environments. The load demand may be increased due to new functional usages of the structure. The deformability of concrete columns can be greatly reduced under high axial load conditions. In response, a novel steel encasement that distinguishes from the traditional steel jacketing that is assembled by welding or bolt is developed. This novel strengthening method features easy installation and quick strengthening because direct fastening is used to connect the four steel plates surrounding the column. This new connection method is usually used to quickly and stably connect two steel components by driving high strength fastener into the steel components. The connections together with the steel plates behave like transverse reinforcement, which can provide passive confinement to the concrete. The confined column along with the steel plates resist the axial load. By this way, the axial load capacity and deformability of the column can be enhanced. Eight columns are tested to examine the reliability and effectiveness of the proposed method. The effects of the vertical spacing between adjacent connections, thickness of the steel plate and number of fasteners in each connection are studied to identify the critical parameters which affect the load bearing performance and deformation behavior. Lastly, a theoretical model is proposed for predicting the axial load capacity of the strengthened RC columns.
An experimental study on the stress-strain relation of PVC-CFRP confined reinforced concrete columns subjected to eccentric compression was carried out. Two parameters, such as the CFRP strips spacing and eccentricity of axial load, were considered. The experimental results showed that all specimens failed by compressive yield of longitudinal steel bar and rupture of CFRP strips. The bearing capacity of specimen decreases as the eccentricity or the CFRP strips spacing increases. The stress-strain relation of specimens undergoes two stages: parabolic and linear stages. In the parabolic stage, the slope of stress-strain curve decreases gradually as the eccentricity of axial loading increases while the CFRP strips spacing has little effect on the slope of stress-strain curve. For the linear stage, the slope of stress-strain curve decreases as the eccentricity of axial load or the CFRP strips spacing increases. A model for predicting the stress-strain relation of columns under eccentric compression is proposed and it agrees well with various test data.
This paper presents the results of axial pressure testing on reinforced concrete columns (RCCs) filled with confined normal concrete (NC) and high-strength concrete (HSC) using glass-fiber reinforced plastic pipes (GRP) casing as well as fiber reinforced polymer (FRP). This study aims to evaluate the behavior and mechanical properties of columns confined with GRP casing and FRP wrapping under pressure loads. The major parameters in the experiments were the type of concrete, the effect of GRP casing and FRP wrapping, as well as the number of FRP layers. 12 cylindrical RCCs (150*600) mm were prepared and divided into two groups, NC and HSC, and each group was divided into two parts. In each part, one column was without FRP strengthening layer, a column was wrapped with one FRP layer and another column with two FRP layers. All columns were tested under concentrated compression load. The results of the study showed that the utilization of FRP wrapping and GRP casing improved compression capacity and ductility of RCCs. The addition of one and two layers-FRP wrapping increased compression capacity in the NC group to an average of 18.5% and 26.5% and to an average of 10.2% and 24.8% in the HSC group. Meanwhile, the utilization of GRP casing increased the compression capacity of the columns by 4 times in the NC group and 3.38 times in the HSC group. The results indicated that although both FRP wrapping and GRP casing result in confinement, the GRP casing resulted in increased compression capacity and ductility of the RCCs due to higher confinement. Furthermore, the confinement effect was higher on columns made with NC.
Based on the dynamic tests of recycled aggregate concrete (RAC) short columns confined by the hoop reinforcement, the dynamic failure mechanism and the mechanical parameters related to the constitutive relation of confined recycled aggregate concrete (CRAC) were investigated thoroughly. The fracturing sections were relatively flat and smooth at higher strain rates rather than those at a quasi-static strain rate. With the increasing stirrup volume ratio, the crack mode is transited from splitting crack to slipping crack constrained with large transverse confinement. The compressive peak stress, peak strain, and ultimate strain increase with the increase of stirrup volume ratio, as well as the increasing strain rate. The dynamic confining increase factors of the compressive peak stress, peak strain, and ultimate strain increase by about 33%, 39%, and 103% when the volume ratio of hoop reinforcement is increased from 0 to 2%, but decrease by about 3.7%, 4.2%, and 9.1% when the stirrup spacing is increased from 20mm to 60mm, respectively. This sentence is rephrased as follows: When the stirrup volume ratios are up to 0.675%, and 2%, the contributions of the hoop confinement effect to the dynamic confining increase factors of the compressive peak strain and the compressive peak stress are greater than those of the strain rate effect, respectively. The dynamic confining increase factor (DCIF) models of the compressive peak stress, peak strain, and ultimate strain of CRAC are proposed in the paper. Through the confinement of the hoop reinforcement, the ductility of RAC, which is generally slightly lower than that of NAC, is significantly improved.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.20
no.6
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pp.106-112
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2016
In this study, circular concrete column specimens confined by carbon sheet tube with different winding angles and different number of carbon sheet plies(3T, 5T and 7T) were tested to propose design equations and a strength reduction factor. Specimens were designed by 300 mm diameter and 600 mm height with $90^{\circ}{\pm}0^{\circ}$, $90^{\circ}{\pm}30^{\circ}$, $90^{\circ}{\pm}45^{\circ}$, $90^{\circ}{\pm}60^{\circ}$, $90^{\circ}{\pm}75^{\circ}$ and $90^{\circ}{\pm}90^{\circ}$ carbon fiber angles. A 10,000 kN UTM was used for compressive strength test of specimens by displacement control method with 0.01 mm/sec velocity. Estimation equations of compressive strength and ultimate strain of circular concrete column specimens confined by carbon sheet tube using a regression analysis and a strength reduction factor to apply ultimate strength design method of concrete were proposed. The strength reduction factor(${\phi}$) of circular concrete columns confined by carbon sheet tube was estimated as 0.64 by the Monte Carlo Analysis Method. Manufacture and construction process have to be perfectly managed by construction managers because the structural capacities of carbon tubes were depends on construction abilities of manufacturing operators.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.4
no.4
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pp.141-148
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2000
Recently the Carbon Fiber Sheet(CFS) is widely used for strengthening damaged RC structures. Strengthening compression members such as column can increase ductility and strength due to the confinement effect. In this experiment, the behavior of concrete cylinders confined by CFS was examined. The confinement pressure is increased linearly as axial stress is increased in low axial stress, and the confinement effect of CFS was rapidly developed after near maximum axial stress, thus axial strength and ductility was improved. As the ratio of CPS is increased, concrete cylinders failed due to local fracture of CFS. The confinement effect of circular section is more efficient than that of rectangular section. And significant improvement of axial strength, axial strain, transverse strain at failure is observed in circular section. This is because in rectangular section the local fracture of CFS near corner may be occured, thus the strain efficiency ratio must be considered for RC structures with CFS.
The axial compression behavior of nine self-compacting concrete columns confined with CFRP-PVC spirals was studied. Three parameters of spiral reinforcement spacing, spiral reinforcement diameter and height diameter ratio were studied. The test results show that the CFRP strip and PVC tube are destroyed first, and the spiral reinforcement and longitudinal reinforcement yield. The results show that with the increase of spiral reinforcement spacing, the peak bearing capacity decreases, but the ductility increases; with the increase of spiral reinforcement diameter, the peak bearing capacity increases, but has little effect on ductility, and the specimen with the ratio of height to diameter of 7.5 has the best mechanical properties. According to the reasonable constitutive relation of material, the finite element model of axial compression is established. Based on the verified finite element model, the stress mechanism is revealed. Finally, the composite constraint model and bearing capacity calculation method are proposed.
It has been reported by the existing papers that the ultimate load capacity and energy absorption capacity of the CFST column are considerably higher than those resulting from a simple addition of the capacities of the concrete and the steel tube. It is normally believed that the confined effect for the infilled concrete due to the hoop tension of steel at the parameter of cross sections can remarkably improve the ductility and energy absorption capacities of the CFST columns. This paper provides the results of a study on the load-carrying capacities and energy absorption capacities of the CFST columns, a numerical analysis method, i. e. N-M interaction curves and Moment curvature relationships. The numerical approaches are verified by comparing with the existing test results and the circular and square steel tube sections are selected to clarify the amount of confinement effects to improve the ultimate deformable capacity(a ultimate strain value) of the infilled concrete. Then, an adequate value of the ultimate strain of the infilled concrete and an equation of the ultimate capacity of the CFST column are suggested.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2010.05a
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pp.83-84
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2010
Precast beam column joints with thru-connectors are developed from precedent study. The seismic performance is evaluated by experimental method. The test results of the precedent study showed that failure modes for all specimens were a compression failure by characteristics of unbonded tendon. Thus, variable considered in the research program for a tensile failure include the use of dog-boned longitudinal steel and concrete confined with steel spirals. The analysis of structural characteristics and evaluation of seismic performance of specimens was conducted by the experimental way. Comparison of result with the test specimens indicates that seismic performance is higher than the precedent study due to concrete confinement effect from steel spirals.
Due to higher stiffness to weight, higher corrosion resistance, higher strength to weight ratios and good durability, concrete composite structures provide many advantages as compared with conventional materials. Thus, they have wide applications in the field of concrete construction. This research focuses on the structural behavior of steel-tube CFRP confined concrete (STCCC) columns under axial concentric loading. A nonlinear finite element analysis (NLFEA) model of STCCC columns was simulated using ABAQUS which was then, calibrated for different material and geometric models of concrete, steel tube and CFRP material using the experimental results from the literature. The comparative study of the NLFEA predictions and the experimental results indicated that the proposed constitutive NLFEA model can accurately predict the structural performance of STCCC columns. After the calibration of NLFEA model, an extensive parametric study was performed to examine the effects of different critical parameters of composite columns such as; (i) unconfined concrete strength, (ii) number of CFRP layers, (iii) thickness of steel tube and (iv) concrete core diameter, on the axial load capacity. Furthermore, a large database of axial strength of 700 confined concrete compression members was developed from the previous researches to give an analytical model that predicts the ultimate axial strength of composite columns accurately. The comparison of the predictions of the proposed analytical model was done with the predictions of 216 NLFEA models from the parametric study. A close agreement was represented by the predictions of the proposed constitutive NLFEA model and the analytical model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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