This paper experimentally studies the cyclic behavior of hybrid connections between steel coupling beams and concrete shear walls with embedded steel columns. Four beam-to-wall connection specimens with short and long embedded steel columns are tested under monotonic and cyclic loads, respectively. The influence of embedment length of columns on the failure mode and performance of connections is investigated. The results show that the length of embedded steel columns has significant effect on the failure mode of connections. A connection with a long embedded column has a better stiffness, load-bearing capacity and ductility than that of a short embedded column. The former fails due to the shear yielding of column web in the joint panel, while failure of the latter is initiated by the yielding of horizontal reinforcement in the wall due to the rigid rotation of the column. It is recommended that embedded steel columns should be placed along the entire height of shear walls to facilitate construction and enhance the ductility.
AL-Eliwi, Baraa J.M.;Ekmekyapar, Talha;Faraj, Radhwan H.;Gogus, M. Tolga;AL-Shaar, Ahmed A.M.
Steel and Composite Structures
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v.25
no.3
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pp.299-314
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2017
The aim of this paper is to investigate the performance of Lightweight Aggregate Concrete Filled Steel Tube (LWCFST) columns experimentally and compare to the behavior of Self-Compacted Concrete Filled Steel Tube (SCCFST) columns under axial loading. Four different L/D ratios and three D/t ratios were used in the experimental program to delve into the compression behaviours. Compressive strength of the LWC and SCC are 33.47 MPa and 39.71 MPa, respectively. Compressive loading versus end shortening curves and the failure mode of sixteen specimens were compared and discussed. The design specification formulations of AIJ 2001, AISC 360-16, and EC4 were also assessed against test results to underline the performance of specification methods in predicting the compression capacity of LWCFST and SCCFST columns. Based on the behaviour of the SCCFST columns, LWCFST columns exhibited different performances, especially in ductility and failure mode. The nature of the utilized lightweight aggregate led to local buckling mode to be dominant in LWCFST columns, even the long LWCFST specimens suffered from this behaviour. While with the SCCFST specimens the global buckling governed the failure mode of long specimens without any loss in capacity. Considering a wide range of column geometries (short, medium and long columns), this paper extends the current knowledge in composite construction by examining the potential of two promising and innovative structural concrete types in CFST applications.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2002.05a
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pp.793-798
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2002
This paper presents the analytical results on the seismic retrofit of circular bridge columns with poor lap-splice details using FRP jacket. The as-built column suffered brittle failure due to the deterioration of lap-spliced longitudinal reinforcement without developing its flexural capacity or ductility. The retrofitted columns using FRP jacket showed significant improvement in seismic performance due to FRP's confinement effect. FRP's confinement effect is predicted by the classical elasticity solution for the laminated circular tube manufactural with several layers, and induces the flexural failure instead of bondslip failure.
Accurately predicting the failure modes of reinforced concrete (RC) columns is essential for structural design and assessment. In this study, the challenges of imbalanced datasets and complex feature selection in machine learning (ML) methods were addressed through an optimized ML approach. By combining feature selection and oversampling techniques, the prediction of seismic failure modes in rectangular RC columns was improved. Two feature selection methods were used to identify six input parameters. To tackle class imbalance, the Borderline-SMOTE1 algorithm was employed, enhancing the learning capabilities of the models for minority classes. Eight ML algorithms were trained and fine-tuned using k-fold shuffle split cross-validation and grid search. The results showed that the artificial neural network model achieved 96.77% accuracy, while k-nearest neighbor, support vector machine, and random forest models each achieved 95.16% accuracy. The balanced dataset led to significant improvements, particularly in predicting the flexure-shear failure mode, with accuracy increasing by 6%, recall by 8%, and F1 scores by 7%. The use of the Borderline-SMOTE1 algorithm significantly improved the recognition of samples at failure mode boundaries, enhancing the classification performance of models like k-nearest neighbor and decision tree, which are highly sensitive to data distribution and decision boundaries. This method effectively addressed class imbalance and selected relevant features without requiring complex simulations like traditional methods, proving applicable for discerning failure modes in various concrete members under seismic action.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1999.10a
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pp.733-736
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1999
R/C columns, one of the main structural members of reinforced concrete structures, usually sustain the axial forces of combined dead loads and live loads. When subjected to lateral loads, however, they are repeatedly subjected to bending moment, shearing forces and brittle failure such as shear failure can occur. This failure mode is not desirable and extra reinforcement is usually needed to induce a ductile failure. The design equation which is used to evaluate the maximum shear strength of a R/C column is still unsatisfactory. The objective of this study was, therefore, to evaluate the hysteretic strengthening effect and the maximum shear strength of R/C columns strengthened using carbon fibers on the seismic performance of the R/C columns under anti-symmetrical by acting moment. According to this study, it may be suggested that the shear of the strengthened R/C column were adequate to induce ductile failures.
The seismic behavior of reinforced concrete (RC) short columns with limited transverse reinforcement is investigated in this paper through an experimental program. The experimental program consists of four small-scale RC columns with an aspect ratio of 1.7, which are tested to the axial failure stage. The cracking patterns, hysteretic responses, strains in reinforcing bars, displacement decomposition and cumulative energy dissipation of the tested specimens are reported in detail in the paper. The effects of column axial load are investigated to determine how this variable might influence the performance of the short columns with limited transverse reinforcement. Brittle shear failure was observed in all tested specimens. Beneficial and detrimental effects on the shear strength and drift ratio at axial failure of the test specimens due to the column axial load are found in the experimental program, respectively.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2006.05a
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pp.446-449
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2006
Several experimental investigations have been carried out to study the behavior of reinforced concrete columns with short lap splices. However, very few analytical models have been developed for the analysis of such columns subjected to earthquakes. As nonlinear analysis procedures become more common in practice (such as those outlined in the Guidelines for Seismic Rehabilitation of Buildings published by the Federal Emergency Management Agency in the United States), the need for an accurate and reliable representation of the nonlinear response of strength degrading systems becomes more important. In this study, an analytical model for estimating the complete response of reinforced concrete columns with short lap splices is presented. The model is based on local bond stress-slip relationships and is validated against independent experimental data from cyclic loading tests on reinforced concrete columns with typical construction details of the 1960s. In this paper a simple equation for calculating the bar stress at splice failure is presented. Use of the proposed equation resulted in excellent agreement between the measured and calculated strength at splice failure.
The present experimental study evaluated the seismic performance of six engineered cementitious composite (ECC) columns strengthened with carbon fiber reinforced polymer (CFRP) laminates under cyclic lateral loading. The ECC columns damaged and crushed in the first stage of cyclic tests were repaired using the ECC with a certain polyvinyl alcohol (PVA) fiber and strengthened with flexural and sheer CFRP laminates and then re-assessed under the cyclic loading. The effects of some variables were examined on lateral displacement, energy absorption and dissipation, failure modes, crack patterns, load bearing capacity and plasticity, and the obtained results were compared with those of the first stage of cyclic tests. The results showed that retrofitting the ECC columns can improve their performance, plasticity and load-bearing threshold, delayed the concrete failure, changed the failure modes and increased the energy absorbed by the strengthened columns element by over 50%.
This paper presents a numerical study of axially loaded concrete-filled steel tubular columns with "T" shaped cross section (CFTTS) based on the ABAQUS standard solver. Two types of columns with "T" shaped cross section, the common concrete-filled steel tubular columns with "T" shaped cross section (CCFTTS) and the double concrete-filled steel tubular columns with "T" shaped cross section (DCFTTS), are discussed. The failure modes, confining effects and load-displacement curves are analyzed. The numerical results indicate that both have the similar failure mode that the steel tubes are only outward buckling on all columns' faces. It is found that DCFTTS columns have higher axial capacities than CCFTTS ones duo to the steel tube of DCFTTS columns can plays more significant confining effect on concrete. A parametric study, including influence of tube thickness, concrete strength and friction coefficient of tube-concrete interface on the axial capacities is also carried out. Simplified formulae were also proposed based on this study.
Lee Jae-Hoon;Jung Chul-Ho;Ko Seong-Hyun;Son Hyeok-Soo
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.16
no.1
s.79
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pp.111-124
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2004
This research is a part of a research program to verify the seismic performance of circular reinforced concrete bridge columns with respect to longitudinal steel connection details under cyclic lateral load. A total of 21 column specimens were constructed and tested. Main variables in this test program were longitudinal steel connection details(continuous, lap-spliced, and mechanically connected), confinement steel ratio, and axial force ratio, etc. The test results of the columns with different longitudinal steel connection details showed different failure mode, strength degradation, and seismic performance. From the quasi-static test, it was found that the columns with all longitudinal reinforcement lap-spliced showed significantly reduced ductility. However, seismic performance of the columns with half of longitudinal reinforcement lap-spliced showed limited ductility but much more ductile behaviour than the columns with all longitudinal reinforcement lap-spliced. It was also found that the seismic performance, failure mode and strength degradation of columns with mechanical connected longitudinal reinforcement were similar to those of columns with continuous longitudinal reinforcement.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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