An experimental study was performed to investigate the seismic performance of steel reinforced concrete (SRC) special-shaped columns. For this purpose, 17 steel reinforced concrete special-shaped column specimens under low-cyclic reversed load were tested, load process and failure patterns of the specimens with different steel reinforcement were observed. The test results showed that the failure patterns of these columns include shear-diagonal compression failure, shear-bond failure, shear-flexure failure and flexural failure. The failure mechanisms and characteristics of SRC special-shaped columns were also analyzed. For different SRC special-shaped columns, based on the failure characteristics and mechanism observed from the test, formulas for calculating ultimate shear capacity in shear-diagonal compression failure and shear-bond failure under horizontal axis and oblique load were derived. The calculated results were compared with the test results. Both the theoretical analysis and the experimental results showed that, the shear capacity of T, L shaped columns under oblique load are larger than that under horizontal axis load, whereas the shear capacity of +-shaped columns under oblique load are less than that under horizontal axis load.
An efficient and accurate classification method for failure modes of reinforced concrete (RC) columns was proposed based on key characteristic parameters. The weight coefficients of seven characteristic parameters for failure modes of RC columns were determined first based on the support vector machine-recursive feature elimination. Then key characteristic parameters for classifying flexure, flexure-shear and shear failure modes of RC columns were selected respectively. Subsequently, a support vector machine with key characteristic parameters (SVM-K) was proposed to classify three types of failure modes of RC columns. The optimal parameters of SVM-K were determined by using the ten-fold cross-validation and the grid-search algorithm based on 270 sets of available experimental data. Results indicate that the proposed SVM-K has high overall accuracy, recall and precision (e.g., accuracy>95%, recall>90%, precision>90%), which means that the proposed SVM-K has superior performance for classification of failure modes of RC columns. Based on the selected key characteristic parameters for different types of failure modes of RC columns, the accuracy of SVM-K is improved and the decision function of SVM-K is simplified by reducing the dimensions and number of support vectors.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.28
no.4
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pp.215-222
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2024
Many older reinforced concrete (RC) buildings were constructed and designed with only gravity loads in mind. Columns in those buildings have insufficient reinforcement details that do not satisfy the requirements specified in current seismic design standards. This study aims to develop drift-based fragility functions for lightly RC columns. For this purpose, a database of 193 lightly RC columns was constructed to determine central and dispersion values of drift ratios for individual damage states. Additionally, to develop more accurate fragility functions of the columns, the failure mode of RC columns was incorporated into fragility functions. The classification procedure for column failure mode is proposed in this study. Fragility functions for older RC columns are constructed according to four different damage states. The main variables of the fragility functions proposed in this study are column properties and failure mode.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1999.10a
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pp.393-396
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1999
This paper presents a truss model for RC columns subjected to axial load and lateral load. The presented model is based on a stress field for the flexural-shear failure of short columns, which represent shear failure and bond splitting failure. Using this model, failure strength and related deformation of RC columns are investigated. Particular emphasis is placed on models capable of representing the interaction between deformation and shear strength.
Based on the heterogeneous characterization of concrete at mesoscopic level, Realistic Failure Process Analysis ($RFPA^{3D}$) code is used to simulate the failure process of concrete-filled tubular (CFT) stub columns. The results obtained from the numerical simulations are firstly verified against the existing experimental results. An extensive parametric study is conducted to investigate the effects of different concrete strength on the behaviour and load-bearing capacity of the CFT stub columns. The strength of concrete considered in this study ranges from 30 to 110 MPa. Both the load-bearing capacity and load-displacement curves of CFT columns are evaluated. In particular, the crack propagation during the deformation and failure processes of the columns is predicted and the associated mechanisms related to the increased load-bearing capacity of the columns are clarified. The numerical results indicate that there are two mechanisms controlling the failure of the CFT columns. For the CFT columns with the lower concrete strength, they damage when the steel tube yields at first. By contrast, for the columns with high concrete strength it is the damage of concrete that controls the overall loading capacity of the CFT columns. The simulation results also demonstrate that $RFPA^{3D}$ is not only a useful and effective tool to simulate the concrete-filled steel tubular columns, but also a valuable reference for the practice of engineering design.
It was found that the lateral stiffness changes obvious at the transfer position of the section configuration from SRC to RC. This particular behavior leads to that the transfer columns become as the important elements in SRC-RC hybrid structures. A comprehensive study was conducted to investigate the seismic behavior of SRC-RC transfer columns based on a low cyclic loading test of 16 transfer columns compared with 1 RC column. Test results shows three failure modes for transfer columns, which are shear failure, bond failure and bend failure. Its seismic behavior was completely analyzed about the failure mode, hysteretic and skeleton curves, bearing capacity deformation ability, stiffness degradation and energy dissipation. It is further determined that displacement ductility coefficient of transfer columns changes from 1.97 to 5.99. The stiffness of transfer columns are at the interval of SRC and RC, and hence transfer columns can play the role of transition from SRC to RC. All specimens show similar discipline of stiffness degradation and the process can be divided into three parts. Some specimens of transfer column lose bearing capacity swiftly after shear cracking and showed weak energy dissipation ability, but the others show better ability of energy dissipation than RC column.
The behavior of reinforced concrete (RC) columns made from high strength materials was investigated experimentally. Six high-strength concrete specimen columns (1:4 scale), which included three with high-strength transverse reinforcing bars and three with normal-strength transverse reinforcement, were tested under double curvature bending load. The effects of yielding strength and ratio of transverse reinforcement on the cracking patterns, hysteretic response, shear strength, ductility, strength reduction, energy dissipation and strain of reinforcement were studied. The test results indicated that all specimens failed in splitting failure, and specimens with high-strength transverse reinforcement exhibited better seismic performance than those with normal-strength transverse reinforcement. It also demonstrated that the strength of high-strength lateral reinforcing bars was fully utilized at the ultimate displacements. Shear strength formula of short concrete columns, which experienced a splitting failure, was proposed based on the Chinese concrete code. To enhance the applicability of the model, it was corroborated with 47 short concrete columns selected from the literature available. The results indicated that, the proposed method can give better predictions of shear strength for short columns that experienced a splitting failure than other shear strength models of ACI 318 and Chinese concrete codes.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1993.04a
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pp.113-118
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1993
A method for approximating the failure surfaces for columns in compression and biaxial bending was proposed by using the moments along the line of a diagonal of the section. This method showed the better approximations for the failure surfaces of columns than the method of ACI. To calculate the moments along the line of a diagonal of the section, an approximate method which is not influenced by the number of steel s and the location of inner steels was proposed This method gave satisfactory approximations for practical sections of columns.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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1997.04a
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pp.182-190
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1997
A new method to prevent reinforced concrete columns from brittle failure. The method is called transversely reinforcing method in which only the critical regions are confined in steel tube. The steel tubes can change the failure mode of the latter columns from the shear to the flexure. The steel tubes also increase the compressive strength, shear strength and deformation capacity of the infilled concrete. The following conclusions are reached on bases of the study on the seismic performance of the high-strength RC rectangualr short columns confined in steel tube with shear span tho depth ratio of 2.0 The brittle shear failure of high-strength reinforced concrete short columns with large amount of longitudinal bars, which cannot prevented by using the maximum amount of welded hoops, can be prevented by using the steel tube which confines all the maximum amount of welded hoops, can be prevented by using the steel tube which confines all the concrete inclusive of cover concrete. High-strength RC short columns confined in rectangular steel tube provided excellent enhancement of seismic performance but, found that plastic buckling of the steel tube in the hinge regions tended to occur when the columns were subjected to large cyclic lateral displacements. In order to prevent the plastic buckling when the columns lies on large on cyclic lateral displacements, the steel ribs were used for columns. Tests have established that the columns provide excellent enhancement of seismic performance of inadequately confined columns.
To investigate the axial compressive performance of the recycled aggregate concrete (RAC) filled glass fiber reinforced polymer (GFRP) tube and profile steel composite columns, static loading tests were carried out on 18 specimens under axial loads in this study, including 7 RAC filled GFRP tube columns and 11 RAC filled GFRP tube-profile steel composite columns. The design parameters include recycled coarse aggregate (RCA) replacement percentage, profile steel ratio, slenderness ratio and RAC strength. The failure process, failure modes, axial stress-strain curves, strain development and axial bearing capacity of all specimens were mainly analyzed in detail. The experimental results show that the GFRP tube had strong restraint ability to RAC material and the profile steel could improve the axial compressive performance of the columns. The failure modes of the columns can be summarized as follow: the profile steel in the composite columns yielded first, then the internal RAC material was crushed, and finally the fiberglass of the external GFRP tube was seriously torn, resulting in the final failure of columns. The axial bearing capacity of the columns decreased with the increase of RCA replacement percentage and the maximum decreasing amplitude was 11.10%. In addition, the slenderness ratio had an adverse effect on the axial bearing capacity of the columns. However, the strength of the RAC material could effectively improve the axial bearing capacity of the columns, but their deformability decreased. In addition, the increasing profile steel ratio contributed to the axial compressive capacity of the composite columns. Based on the above analysis, a formula for calculating the bearing capacity of composite columns under axial compression load is proposed, and the adverse effects of slenderness ratio and RCA replacement percentage are considered.
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