Reinforced concrete (RC) bridge columns are typically designated as the primary source of energy dissipation for a bridge structure during an earthquake. Therefore, seismic repair of RC bridge columns has been studied extensively during the past several decades. On the other hand, few studies have been conducted to evaluate how repaired column members influence the system-level response of an RC bridge structure in subsequent earthquakes. In this study, a numerical model was established to simulate the response of two large-scale RC columns, repaired using different techniques, reported in the literature. The columns were implemented into a prototype bridge model that was subjected to earthquake loading. Incremental dynamic analysis (IDA) and fragility analysis were conducted on numerical bridge models to evaluate the efficacy of the repairs and the post-repair seismic performance of the prototype bridge that included one or more repaired columns in various locations. For the prototype bridge herein modeled, the results showed that a confinement-enhanced oriented repair would not affect the seismic behavior of the prototype bridge. Increasing the strength of the longitudinal reinforcement could effectively reduce the drift of the prototype bridge in subsequent earthquakes. A full repair configuration for the columns was the most effective method for enhancing the seismic performance of the prototype bridge. To obtain a positive effect on seismic performance, a minimum of two repaired columns was required.
To connect exterior reinforced concrete (RC) columns with the steel belt truss, the gusset plates are welded to the steel plates embedded in the RC column. Then, the concrete around an embedded plate is very likely to be damaged by the heat input from a long-time (6 to 48 hours) welding of the embedded and gusset plates at a joint between RC columns and steel belt truss. However, very few studies have assessed the concrete damage caused by the welding heat between embedded and gusset plates, and no clear onsite solution has been found. In this paper, experimental tests have been carried out on 4 full-scale specimen to analyze the effect of long-time (about 6 hours) onsite welding (1-side welding and 3-side welding) between a gusset plate and an embedded plate in high strength concrete with compressive strength of 55 MPa and 80 MPa on RC columns. The effect of the long-time welding heat of embedded and gusset plates, which are used in real high-rise building construction sites, on concrete is analyzed in terms of the following three items: 1) temperature distribution, 2) pattern and characteristics of cracks, and 3) effect of the cracks on the compressive strength of RC column. Based on the experimental results, even though the heat input up to about 150? from the long-time onsite welding on the high-strength concrete column for the joint could result in concrete cracks in a radial form, it is found that the welding cracks have no effect on the axial stiffness and strength of the concrete column.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.11
no.2
s.54
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pp.27-38
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2007
A series of forced vibration tests and ambient vibration measurement was conducted on a four-story reinforced concrete building damaged in the 1994 Northridge earthquake. Both low amplitude broadband and moderate amplitude harmonic excitation were applied using a linear shaker and two eccentric mass shakers, respectively, and ambient vibrations were measured before and after each forced vibration test. Accelerations, interstory displacements, and curvature distributions were monitored using accelerometers, LVDTs and concrete strain gauges. Natural frequencies and the associated mode shapes fur the first 7 modes were identified. Fundamental frequencies determined from the eccentric mass shaker tests were 70% to 75% of the values determined using ambient vibration data, and 92% to 93% of the values determined using the linear shaker test data. Larger frequency drops were observed in the NS direction of the building, apparently due to damage that was induced during the Northridge earthquake.
Rahimipour, Arash;Hejazi, Farzad;Vaghei, Ramin;Jaafar, Mohd Saleh
Computers and Concrete
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v.18
no.6
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pp.1083-1096
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2016
Beam-column joints are recognized as the weak points of reinforcement concrete frames. The ductility of reinforced concrete (RC) frames during severe earthquakes can be measured through the dissipation of large energy in beam-column joint. Retrofitting and rehabilitating structures through proper methods, such as carbon fiber reinforced polymer (CFRP), are required to prevent casualties that result from the collapse of earthquake-damaged structures. The main challenge of this issue is identifying the effect of CFRP on the occurrence of failure in the joint of a cross section with normal ductility. The present study evaluates the retrofitting method for a normal ductile beam-column joint using CFRP under monotonic and cyclic loads. Thus, the finite element model of a cross section with normal ductility and made of RC is developed, and CFRP is used to retrofit the joints. This study considers three beam-column joints: one with partial CFRP wrapping, one with full CFRP wrapping, and one with normal ductility. The two cases with partial and full CFRP wrapping in the beam-column joints are used to determine the effect of retrofitting with CFRP wrapping sheets on the behavior of the beam-column joint confined by such sheets. All the models are subjected to monotonic and cyclic loading. The final capacity and hysteretic results of the dynamic analysis are investigated. A comparison of the dissipation energy graphs of the three connections shows significant enhancement in the models with partial and full CFRP wrapping. An analysis of the load-displacement curves indicates that the stiffness of the specimens is enhanced by CFRP sheets. However, the models with both partial and full CFRP wrapping exhibited no considerable improvement in terms of energy dissipation and stiffness.
Behinaein, Pegah;Cotsovos, Demetrios M.;Abbas, Ali A.
Computers and Concrete
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v.22
no.3
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pp.337-353
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2018
The present study focuses on examining the structural behaviour of steel-fibre-reinforced concrete (SFRC) beams under high rates of loading largely associated with impact problems. Fibres are added to the concrete mix to enhance ductility and energy absorption, which is important for impact-resistant design. A simple, yet practical non-linear finite-element analysis (NLFEA) model was used in the present study. Experimental static and impact tests were also carried out on beams spanning 1.3 meter with weights dropped from heights of 1.5 m and 2.5 m, respectively. The numerical model realistically describes the fully-brittle tensile behaviour of plain concrete as well as the contribution of steel fibres to the post-cracking response (the latter was allowed for by conveniently adjusting the constitutive relations for plain concrete, mainly in uniaxial tension). Suitable material relations (describing compression, tension and shear) were selected for SFRC and incorporated into ABAQUS software Brittle Cracking concrete model. A more complex model (i.e., the Damaged Plasticity concrete model in ABAQUS) was also considered and it was found that the seemingly simple (but fundamental) Brittle Cracking model yielded reliable results. Published data obtained from drop-weight experimental tests on RC and SFRC beams indicates that there is an increase in the maximum load recorded (compared to the corresponding static one) and a reduction in the portion of the beam span reacting to the impact load. However, there is considerable scatter and the specimens were often tested to complete destruction and thus yielding post-failure characteristics of little design value and making it difficult to pinpoint the actual load-carrying capacity and identify the associated true ultimate limit state (ULS). To address this, dynamic NLFEA was employed and the impact load applied was reduced gradually and applied in pulses to pinpoint the actual failure point. Different case studies were considered covering impact loading responses at both the material and structural levels as well as comparisons between RC and SFRC specimens. Steel fibres were found to increase the load-carrying capacity and deformability by offering better control over the cracking process concrete undergoes and allowing the impact energy to be absorbed more effectively compared to conventional RC members. This is useful for impact-resistant design of SFRC beams.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.7
no.3
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pp.79-88
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2003
For the construction of PC bridge piers the implementation of 1992 seismic provisions, longitudinal steels were practically lap-spliced in the plastic hinge region. Experimental investigation was conducted ductility of evaluate the seismic earthquake-experienced reinforced concrete columns with 2,5 aspect ratio. Six test specimens were mode with test parameters: confinement ratios, lap splices, and retrofitting FRP materials. They were damaged under series of artificial earthquakes that could be compatible in Korean peninsula. Directly after the pseudo-dynamic test, damaged columns were retested under inelastic reversal cyclic loading simultaneously under a constant axial load, P=0.1f$\_$ck/A$\_$g/. Residual seismic performance of damaged columns was evaluated and compared to that of the corresponding original columns. Test results show that PC bridge piers with lap-spliced longitudinal steels appeared to fail at low ductility. This was due to the debonding of the lap splice, which resulted from insufficient development of the longitudinal steels. The specimens externally wrapped with composite FRP straps in the potential plastic hinge region indicated significant improvement both in flexural strength and displacement ductility.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.21
no.2
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pp.588-594
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2020
This study proposes non-destructive rebound-hardness and ultrasonic testing methods to more accurately evaluate the residual structural performance of reinforced concrete structures in a fire. Techniques are also proposed to assess the stiffness used in the deflection calculation with natural frequencies obtained by vibration tests. In the compressive strength evaluation using rebound hardness, the residual compressive strength of thick specimens and a larger water/cement (W/C) ratio were shown to be large. The homogeneity of concrete at high temperature compared to ambient temperature conditions was assessed by the velocity of ultrasonic waves that penetrate the concrete, and it followed W/C or thickness of slab makes little different results. To assess the stiffness of fire-damaged slabs and increase in deflection, the natural frequency was measured by vibration tests and incorporated into the equation of the stiffness. The application of this technique to the slab experiment showed that it can be a very reasonable evaluation technique. In addition, to evaluate the residual strength of a member after fire, a test of the strength of a component was carried out during and after heating.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.22
no.3
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pp.103-111
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2018
This study examines the seismic failure of RC low-rise building structures having irregularities at the ground story during the 15 November 2017 Pohang, Korea, earthquake, $M_w=5.4$, which is the second strongest since the government began monitoring them in 1978 in South Korea. Some 2,000 private houses were damaged or destroyed in this earthquake. Particularly, serious damage to the piloti story of RC low-rise residential building structures of fewer than five stories was observed within 3 km of the epicenter with brittle shear failure of columns and walls due to severe torsional behavior. Buildings below six stories constructed before 2005 did not have to comply with seismic design requirements, so confinement detailing of columns and walls also led to inadequate performance. However, some buildings constructed after 2005 were damaged at the flexible side of the piloti story due to the high torsional irregularity. Based on these results, this study focuses on the problems of the seismic torsion design approach in current building codes.
Afshin, Hassan;Shirazi, Mohammad R. Nouri;Abedi, Karim
Steel and Composite Structures
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v.30
no.3
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pp.231-251
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2019
In the present study, a numerical and experimental investigation has been carried out on the seismic behavior of RC columns of a bridge which damaged under corrosive environments and retrofitted by various techniques including combined application of CFRP sheets and steel profiles. A novel hybrid retrofitting procedure, including the application of inner steel profiles and outer peripheral CFRP sheets, has been proposed for strengthening purpose. Seven large-scale RC columns of a Girder Bridge have been tested in the laboratory under the influence of simultaneous application of constant axial load and the lateral cyclic displacements. Having verified the finite element modeling, using ABAQUS software, the effects of important parameters such as the corrosion percentage of steel rebars and the number of CFRP layers have been evaluated. Based on the results, retrofitting of RC columns of the bridge with the proposed technique was effective in improving some measures of structural performance such as lateral strength degradation and higher energy absorption capability. However, the displacement ductility was not considerably improved whereas the elastic stiffness of the specimens has been increased.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.11a
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pp.935-940
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2008
When reinforced concrete is subjected to high temperature as in fire, there is deterioration in its properties of particular importance are loss in compressive strength, cracking and spalling of concrete, destruction of the bond between the cement paste and the aggregates and the gradual deterioration of the hardend cement paste. Assessment of fire-damaged concrete usually starts with visual observation of color change, cracking and spalling of the surface. In this paper, it was reported the trends of research and practical use on the Explosive Spalling Properties and Performance Based of Structural Design of the High-Strength Concrete.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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