This paper presents an investigation into the failure of RC columns under impact loadings. A numerical simulation of 19 identical RC columns subjected to single and repeated impact loadings was performed. A free-falling hammer was dropped at midspan with the same total kinetic energy input but varying mass and momentum. The specimens under the repeated impact test were struck two times at the same location. The colliding index, defined as the impact energy-momentum ratio, was proposed to explain the different impact responses under equal-energy impacts. The increase of colliding index from low to high indicates the transition of the impact response from static to dynamic and failure mode from flexure to shear. This phenomenon was more evident when the column had a greater axial load and was impacted with a high colliding index. The existence of the axial load had an inhibitory effect on the crack development and increased the shear resistance. The second impact changes the failure mode from flexural to brittle shear as found in the specimen with 20% axial load subjected to high a colliding index. Moreover, a deflection prediction equation based on the impact energy and force was limited to the low colliding index impact.
It is required to evaluate the axial strain of reinforced concrete beams in order to predict the ductility of reinforced concrete beams subjected to reversed cyclic loading. A model was proposed to determine the axial strains In reinforced concrete beams by analysing the behavior of reinforced concrete sections and comparing with published test results. The proposed axial strain model inclusively reflected four kinds of paths : Path 1-steel bar in an elastic stage or a unloading region; Path 2-after flexural yielding; Path 3-a slip region; and Path 4-a reversing loading region. The equations to predict the axial strains of each path were proposed. The proposed equations took into account the effects of the loading program. Comparison of axial strains between experimental results and the results from proposed equations showed to be in a good agreement with experimental results.
When the ultimate strength of a concrete flexural member is evaluated, the effect of member size is usually not considered. For various types of loading, however, the strength always decreases with the increment of member size. In this paper the size effect of a flexural compression member is investigated by experiments. For this purpose, a series of C-shaped specimens subjected to axial compressive load and bending moment was tested using three different sizes of specimens with a compressive strength of 528 kg/$cm^2$. According to test results the size effect on flexural compressive strength was apparent, and more distinct than that for uniaxial compressive strength of cylinders. Finally a model equation was derived using regression analyses with experimental data.
Most of the recent studies have improved the efficiency of FRP jackets for increasing the compressive strength, shear strength, and ductility of reinforced concrete columns; however, the influence of FRP jackets on the flexural capacity is slight. Although new methods such as NSM (near surface mounted) are utilized to solve this problem, yet practical difficulties, behavior dependency on adhesives, and brittle failure necessitate finding better methods. This paper presents the results of an experimental study on the application of fiber-reinforced polymer fastened mechanically to the concrete columns to improve the flexural capacity of RC columns. For this purpose, mechanical fasteners were used to achieve the composite behavior of FRP and concrete columns. The experimental program included five reinforced concrete columns retrofitted by different methods using FRP subjected to constant axial compression and lateral cyclic loading. The experimental results showed that the use of the new method proposed in this paper increased the flexural strength and lateral load capacity of the columns significantly, and good composite action of FRP and RC column was achieved. Moreover, the experimental results were compared with the results obtained from the analytical study based on strain compatibility, and good proximity was reached.
This paper studies the reliability of an analytical tool for predicting the lateral load-deformation response of RC columns while subjected to lateral cyclic displacements and axial load. The analytical tool in this study is based on a fiber element model implemented into the program DRAIN-2DX (fiber element). The response of RC column under cyclic displacement is defined by the behavior of concrete, and reinforcing steel under general reversed-cyclic loading. A tri-linear stress-strain relationship for the cyclic behavior of steel is proposed and the improvement in the analytical results is studied. This study only considers the behavior of columns with flexural dominant mode of failure. It is concluded that with the implementation of appropriate constitutive material models, the described analytical tools can predict the response of the columns with reasonable accuracy when compared to experimental data.
In this paper, experimental investigations on the inelastic seismic behavior of tunnel form buildings (i.e., box-type or panel systems) are presented. Two four-story scaled building specimens were tested under quasi-static cyclic lateral loading in longitudinal and transverse directions. The experimental results and supplemental finite element simulations collectively indicate that lightly reinforced structural walls of tunnel form buildings may exhibit brittle flexural failure under seismic action. The global tension/compression couple triggers this failure mechanism by creating pure axial tension in outermost shear-walls. This type of failure takes place due to rupturing of longitudinal reinforcement without crushing of concrete, therefore is of particular interest in emphasizing the mode of failure that is not routinely considered during seismic design of shear-wall dominant structural systems.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2001.11a
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pp.459-464
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2001
A great level of strength and deformability on compressive zone of RC wall is essentially required when subjected to high axial and in-plane lateral loading due to earthquakes. One of the best ways to handle this situation is to provide the confinement effectiveness to the compressive zone by reinforcing steel. For this a series of design charts were constructed to evaluate the confinement effectiveness for a given steel configuration in accordance with a well-known model and part of them are presented in this paper. Using the chart, designers can choose a desirable steel arrangement in flexural compressive zone of RC walls for a prescribed confinement factor.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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1999.10a
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pp.178-185
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1999
Six of scaled concrete circular columns were experimentally investigated for the contribution of arch action to the column lateral resistance. For this the specimens with the variation of tranverse hoop steel spacing were tested in absence of axial loading All specimens showed the flexure governing behavior pattern irrelevant to transverse hoop spacing. This indicates that the role of arch action should be understood as the intermediate mechanism causing the interaction between shear and flexural mechanisms A simple truss model was proposed to qualitatively explain this notation but further study is needed to advance its application to general columns.
Large-scale cantilever reinforced concrete (RC) columns with footing/stub were examined to determine their seismic response under a quasi-static increasing-magnitude cyclic lateral loading. Three-dimensional (3D) numerical models of RC columns with ductile and non-ductile reinforcement arrangements were developed in a Finite Element (FE) software, i.e., ABAQUS, to corroborate them with the experimental study conducted by the author. Both simulated models were validated with the experimental results in all respects, and the theoretical axial capacity of columns under concentric axial load (P0) was calculated. Subsequently, a detailed parametric study was conducted by adopting the force and reinforcement variables. These variables include axial compression ratios (ACR) varying from 0.35P0 to 0.7P0 and the amount of lateral reinforcements taken as 0.33% and 1.31% representing the non-ductile and ductile columns, respectively. This research outcome conclusively quantifies the combined effect of ACR levels and lateral reinforcement spacing on the flexural response and ductility characteristics of RC columns. The comparative analysis reveals that increased ACR levels resulted in a severe reduction in strength, deformability and ductility characteristics of both ductile and non-ductile columns. Structural response of ductile columns at higher ACR levels was comparable to the non-ductile columns, nullifying the beneficial effects of ductile design provisions. Higher ACR levels caused decline in pre-peak and post-peak response trajectories, leading to an earlier attainment of peak response at lower drift levels.
A method that determines the minimum stiffness of baracing to achieve non-sway buckling conditions at a given story level of a multi-column elastic frame is proposed. Condensed equations that evaluate the required minimum stiffness of the lateral and torsional bracing are derived using the classical stability functions. The proposed method is applicable to elastic framed structures with rigid, semirigid, and simple connections. It is shown that the minimum stiffness of the bracing required by a multi-column system depends on: 1) the plan layout of the columns; 2) the variation in height and cross sectional properties among the columns; 3) the applied axial load pattern on the columns; 4) the lack of symmetry in the loading pattern, column layout, column sizes and heights that cause torsion-sway and its effects on the flexural bucking capacity; and 5) the flexural and torsional end restrains of the columns. The proposed method is limited to elastic framed structures with columns of doubly symmetrical cross section with their principal axes parallel to the global axes. However, it can be applied to inelastic structures when the nonlinear behavior is concentrated at the end connections. The effects of axial deformations in beams and columns are neglected. Three examples are presented in detail to show the effectiveness of the proposed method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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