The constitutive relation is an important factor in analysis of confined concrete in composite structures. In order to propose a constitutive model for nonlinear analysis of confined concrete, lateral restraint mechanism of confined concrete is firstly analyze to study the generalities. As the foundation of the constitutive model, peak stress and peak strain is the first step in research. According to the generalities and the Twin Shear Unified Strength Theory, a novel unified equation for peak stress and peak strain are established. It is well coincident with experimental results. Based on the general constitutive relations and the unified equation for peak stress and peak strain, we propose a unified and convenient constitutive model for confined concrete with fewer material parameters. Two examples involved with steel tube confined concrete and hoop-confined concrete are considered. The proposed constitutive model coincides well with the experimental results. This constitutive model can also be extended for nonlinear analysis to other types of confined concrete.
For reaching large inelastic deformations without a substantial loss in strength, the potential plastic hinge regions of the reinforced concrete structural members should be confined by adequate transverse reinforcement. Therefore, simple and realistic representation of confined concrete behaviour is needed for inelastic analysis of reinforced concrete structures. In this study, a trilinear stress-strain model is proposed for the axial behaviour of confined concrete. The model is based on experimental work that was carried out on nearly full size specimens. During the interpretation of experimental data, the buckling and strain hardening of the longitudinal reinforcement are also taken into account. The proposed model is used for predicting the stress-strain relationships of confined concrete specimens tested by other researchers. Although the proposed model is simpler than most of the available models, the comparisons between the predicted results and experimental data indicate that it can represent the stress-strain relationship of confined concrete quite realistically.
In this paper, we modify the L-L model (Li et al. 2003) and extend the application of this model to concrete confined by both steel reinforcement and CFRP. Thirty-six concrete cylinders with a dimension of ${\varphi}30{\times}60$ cm were tested to verify the effectiveness of the proposed model. The experimental test results show that different types of steel reinforcement have a great effect on the compressive strength of concrete cylinders confined by steel reinforcement, but the different types of steel reinforcement have very little effect on concrete cylinders confined by both steel reinforcement and CFRP. Compared with the stress-strain curves of confined concrete cylinders, we can conclude that the proposed model can provide more effective prediction than others models.
The use of carbon fiber-reinforced polymers (CFRP) has widely increased due to its enhancement in the ultimate strength and ductility of the reinforced concrete (RC) structures. This study presents a prediction model for the axial compressive strength and strain of normal-strength concrete cylinders confined with CFRP. Besides, soft computing approaches have been extensively used to model in many areas of civil engineering applications. Therefore, the genetic expression programming (GEP) models to predict axial compressive strength and strain of CFRP-confined concrete specimens were used in this study. For this purpose, the parameters of 283 CFRP-confined concrete specimens collected from 38 experimental studies in the literature were taken into account as input variables to predict GEP based models. Then, the results of GEP models were statistically compared with those of models proposed by various researchers. The values of R2 for strength and strain of CFRP-confined concrete were obtained as 0.897 and 0.713, respectively. The results of the comparison reveal that the proposed GEP-based models for CFRP-confined concrete have the best efficiency among the existing models and provide the best performance.
The inelastic behavior of a reinforced concrete columns is influenced by a number of factors : 1) level of axial load, 2) tie spacing, 3) volumetric ratio of lateral steel, 4) concrete strength, 5) distribution of longitudinal steel, 6) strength of lateral steel, 7) cover thickness, 8) configuration of lateral steel, 9) strain gradient, 10) strain rate, 11) the effectively confined concrete core area, and 12) amount of longitudinal steel. A new constitutive model of a confined concrete is suggested in order to investigate the nonlinear behavior of the reinforced concrete columns under concentric loading. The developed constitutive model for the confined concrete takes into account the effects of effectively confined area as well as the horizontal and longitudinal distributions of the confining pressures. None of the existing models incorporated these two main effects at the same time. A total of different six constitutive models for the behavior of the confined concrete under concentric compression were compared with the sixty-one test results reported by different researchers. The superiority of the developed model in its accuracy is demonstrated by evaluating the error function, which compares the weighted averages for the sum of squared relative differences in peak compressive strength and corresponding strain, stress at strain equal to 0.015, and total area under stress-strain curve up to strain equal to 0.015.
Ultra high performance concrete (UHPC) has recently been applied as an alternative to conventional concrete in construction due to its extremely high compressive and tensile strength, and enhanced durability. However, up to date, there has been insufficient information regarding the confinement behavior of UHPC columns. Therefore, this study aims to perform an assessment of axial stress-strain model for UHPC confined by circular steel tube stub columns. The equations for calculating the confined peak stress and its corresponding strain of confined concrete in existing models suggested by Johansson (2002), Sakino et al. (2004), Han et al. (2005), Hatzigeorgiou (2008) were modified based on the regression analysis of test results in Schneider (2006) in order to increase the prediction accuracy for the case of confined UHPC. Furthermore, a new axial stress-strain model for confined UHPC was developed. To examine the suitability of the modified models and the proposed model for confined UHPC, axial stress-strain curves derived from the proposed models were compared with those obtained from previous test results. After validating the proposed model, an extensive parametric study was undertaken to investigate the effects of diameter-to-thickness ratio, steel yield strength and concrete compressive strength on the complete axial stress-strain curves, the strength and strain enhancement of UHPC confined by circular steel tube stub columns.
With respect to rehabilitation, strengthening and retrofitting of existing and deteriorated columns in buildings and bridges, CFRP sheets have been found effective in enhancing the performance of existing RC columns by wrapping and bonding CFRP sheets externally around the concrete. Concrete columns and piers that are confined by both lateral steel reinforcement and CFRP are sometimes referred to as "hybrid" concrete columns. With the availability of experimental data on concrete columns confined by steel reinforcement and/or CFRP, the study presents modeling using artificial neural networks (ANNs) to predict the compressive strength of hybrid circular RC columns. The prediction of the ultimate confined compressive strength of RC columns is very important especially when this value is used in estimating the capacity of structures. The present ANN model used as parameters for the confining materials the lateral steel ratio (${\rho}_s$) and the FRP volumetric ratio (${\rho}_{FRP}$). The model gave good predictions for three types of confined columns: (a) columns confined with steel reinforcement only, (b) CFRP confined columns, and (c) hybrid columns confined by both steel and CFRP. The model may be used for predicting the compressive strength of existing circular RC columns confined with steel only that will be strengthened or retrofitted using CFRP.
Fiber reinforced polymer (FRP) jackets have been widely used as an effective tool for the strengthening and rehabilitation of concrete structures, especially damaged concrete columns. Therefore, a clear understanding of the compressive behavior of FRP-confined concrete is essential. The objective of this paper is to develop a simple efficient method for predicting the compressive strength, the axial strain at the peak stress, and the stress-strain relationship of FRP-confined concrete. In this method, a compressive strength model is established based on Jefferson's failure surface. With the proposed strength model, the strength of FRP-confined concrete can be estimated more precisely. The axial strain at the peak stress is then evaluated using a damage-based formula. Finally, a modified stress-strain relationship is derived based on Lam and Teng's model. The validity of the proposed compressive strength and strain models and the modified stress-strain relationship is verified with a wide range of experimental results collected from the research literature and obtained from the self-conducted test. It can be concluded that, as a competitive alternative, the proposed method can be used to predict the compressive behavior of FRP-confined concrete with reasonable accuracy.
The confined concrete stress-strain curves utilised in computational models of concrete-filled steel tubular (CFST) columns can have a significant influence on the accuracy of the predicted behaviour. A generic model is proposed for predicting the stress-strain behaviour of confined concrete in short circular, elliptical and octagonal CFST columns subjected to axial compression. The finite element (FE) analysis is carried out to simulate the concrete confining pressure in short circular, elliptical and octagonal CFST columns. The concrete confining pressure relies on the geometric and material parameters of CFST columns. The post-peak behaviour of the concrete stress-strain curve is determined using independent existing experimental results. The strength reduction factor is derived for predicting the descending part of the confined concrete behaviour. The fibre element model is developed for the analysis of circular, elliptical and octagonal CFST short columns under axial loading. The FE model and fibre element model accounting for the proposed concrete confined model is verified by comparing the computed results with experimental results. The ultimate axial strengths and complete axial load-strain curves obtained from the FE model and fibre element model agree reasonably well with experimental results. Parametric studies have been carried out to examine the effects of important parameters on the compressive behaviour of short circular, elliptical and octagonal CFST columns. The design model proposed by Liang and Fragomeni (2009) for short circular, elliptical and octagonal CFST columns is validated by comparing the predicted results with experimental results.
The use of lateral reinforcement in confined concrete columns can improve bearing capacity and deformability. The lateral responses of lateral reinforcement significantly influence the effective confining pressure on core concrete. However, lateral strain-axial strain model of concrete columns confined by lateral reinforcement has not received enough attention. In this paper, based on experimental results of 85 concrete columns confined by lateral reinforcement under axial compression, the effect of unconfined concrete compressive strength, volumetric ratio, lateral reinforcement yield strength, and confinement type on lateral strain-axial strain curves was investigated. Through parameter analysis, it indicated that with the same level of axial strain, the lateral strain slightly increased with the increase in the unconfined concrete compressive strength, but decreased with the increase in volumetric ratio significantly. The lateral reinforcement yield strength had slight influence on lateral strain-axial strain curves. At the same level of lateral strain, the axial strain of specimen with spiral was larger than that of specimen with stirrup. Furthermore, a lateral strain-axial strain model for concrete columns confined by lateral reinforcement under axial compression was proposed by introducing the effects of unconfined concrete compressive strength, volumetric ratio, confinement type and effective confining pressure, which showed good agreement with the experimental results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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