Reinforced concrete (RC) columns which are the main vertical structural members are exposed to several static and dynamic effects such as earthquake and wind. However, impact loading that is sudden impulsive dynamic one is the most effective loading type acting on the RC columns. Impact load is a kind of impulsive dynamic load which is ignored in the design process of RC columns like other structural members. The behavior of reinforced concrete columns under impact loading is an area of research that is still not well understood; however, work in this area continues to be motivated by a broad range of applications. Examples include reinforced concrete structures designed to resist accidental loading scenarios such as falling rock impact; vehicle or ship collisions with buildings, bridges, or offshore facilities; and structures that are used in high-threat or high-hazard applications, such as military fortification structures or nuclear facilities. In this study, free weight falling test setup is developed to investigate the behavior effects on RC columns under impact loading. For this purpose, eight RC column test specimens with 1/3 scale are manufactured. While drop height and mass of the striker are constant, application point of impact loading, stirrup spacing and concrete compression strength are the experimental variables. The time-history of the impact force, the accelerations of two points and the displacement of columns were measured. The crack patterns of RC columns are also observed. In the light of experimental results, low-velocity impact behavior of RC columns were determined and interpreted. Besides, the finite element models of RC columns are generated using ABAQUS software. It is found out that proposed finite element model could be used for evaluation of dynamic responses of RC columns subjected to low-velocity impact load.
This study presents an experiment and analysis to compare the seismic behavior of full-scale reinforced concrete beam-column joint strengthened by prestressed steel strips, externally bonded steel plate, and CFRP sheets. For experimental investigation, five specimens, including one joint without any retrofitting, one joint retrofitted by externally bonded steel plate, one joint retrofitted by CFRP sheets, and two joints retrofitted by prestressed steel strips, were tested under cyclic-reserve loading. The failure mode, strain response, shear deformation, hysteresis behavior, energy dissipation capacity, stiffness degradation and damage indexes of all specimens were analyzed according to experimental study. It was found that prestressed steel strips, steel plate and CFRP sheets improved shear resistance, energy dissipation capacity, stiffness degradation behavior and reduced the shear deformation of the joint core area, as well as changed the failure pattern of the specimen, which led to the failure mode changed from the combination of flexural failure of beams and shear failure of joints core to the flexural failure of beams. In addition, the beam-column joint retrofitted by steel plate exhibited a high bearing capacity, energy consumption capacity and low damage index compared with the joint strengthened by prestressed steel strip, and the prestressed steel strips reinforced joint showed a high strength, energy dissipation capacity and low shear deformation, stirrups strains and damage index compared to the CFRP reinforced joint, which indicated that the frame joints strengthened with steel plate exhibited the most excellent seismic behavior, followed by the prestressed steel strips.
In this study, to explore the working performance of the CFST split spherical node wind power tower, two groups of CFST split spherical joint plane towers with different web wall thicknesses and a set of space systems were analyzed. The tower was subjected to a low-cycle repeated load test, and the hysteresis and skeleton curves were analyzed. ABAQUS finite element simulation was used for verification and comparison, and on this basis parameter expansion analysis was carried out. The results show that the failure mode of the wind power tower was divided into weld tear damage between belly bar, high strength bolt thread damage and belly rod flexion damage. In addition, increasing the wall thickness of the web member could render the hysteresis curve fuller. Finally, the bearing capacity of the separated spherical node wind power tower was high, but its plastic deformation ability was poor. The ultimate bearing capacity and ductility coefficient of the simulated specimens are positively correlated with web diameter ratio and web column stiffness ratio. When the diameter ratio of the web member was greater than 0.13, or the stiffness ratio γ of the web member to the column was greater than 0.022, the increase of the ultimate bearing capacity and ductility coefficient decreased significantly. In order to maximize the overall mechanical performance of the tower and improve its economy, it was suggested that the diameter ratio of the ventral rod be 0.11-0.13, while the stiffness ratio γ should be 0.02-0.022.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.12
no.3
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pp.63-70
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2012
In this study, the displacement-based design concept, the performance by the existing reinforced concerte column and steel reinforced concrete composite column for SRC purchased the maximum design ground acceleration improvement compared to the performance design. SRC have several advantages such as strength enhancement and high ductility. H-beam or steel tubes were used for embedded elements of the SRC composite columns. SRC cross-section for the P-M diagram and analysis on the nominal bending monent SRC designed for composite columns for disparity estimation is presented to the displacement-based seismic design. Performance improvement of the performance-based design performance targets for the design seismic displacement and design criteria for the direct displacement-based design methods and to improve the seismic performance due to the displacement coefficient method is proposed to design. SRC compared with the RC column designed to improve the performance and displacement ductility ratio displacement results in the performance design results showed significantly improved performance.
Hwang, Dong A;Hwang, Won Sup;Ham, Jun Su;Jeong, Jin Il
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.28
no.2
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pp.121-128
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2016
In order to suggest a reasonable design for the circular concrete filled tube steel column-foundation connection applying high-tension bolts, Overall structural behavior and characteristics according to various variables of column-foundation connection are numerically analyzed using a commercial FE analysis program, ABAQUS. To that goal, finite element analysis is conducted on the basis of the previous study replacing anchor bolts to high-tension bolts, and the analytical results are validated by comparison with experimental results. Also, the various variables(embedded depth and grade of anchor, and height and thickness of rib) involved in behavior of the column-foundation connection are selected through analyzing the current design criteria, and the characteristics of the column-foundation connection are compared and analyzed according to the various variables. In case of the anchor bolts, Applying the high-tension bolts is more advantage and securing the embedded depth beyond 0.5D is recommendable. In case of the rib, a minimum of 0.5D for rib's height and $0.4t_b$ for rib's thickness should be secured to develop the structural performance.
The transfer slab system is a structural system that transfers the loads from the upper shear wall structure to the lower columns. This is a costly system due to a very thick slab, and the relatively high cost can be mitigated by introducing voids in the slab. However, this system of flat plate containing voids is vulnerable to brittle failure caused by punching shear in vicinity of slab-column connection. Thus, the punching shear capacity of the void system is very important. However, the current code doesn't provide a clear design provision for the strength of slabs with a void section. In this study, experimental study was conducted to investigate the punching shear strength of the void slab system. The shear strength of the specimens was predicted by current code and previous researches. In result, the punching shear strength of the void system is determined as the least value calculated at critical section located a distance d/2 from the face of the column and the center of the void section using the effective area at critical section.
Recently, the steel has been increaseingly used as an integrated part of high-rise buildings, which often composed of steel structures, steel reinforced concrete structures and composite structures. The steel base is designed to transfer the stresses induced from steel column to the reinforced concrete footing through the base plate. However, in the design of steel structures and steel reinforced concrete structure, it is generally difficult to evaluate the bearing strength of the steel base subjected to large axial force. Furthermore, the material used in steel base is quite different from those used in other connections and a load transferring mechanism of steel base is very complicated in nature. Therefore, a special attention must be placed in design and construction of steel base. In generally, the bearing strength test and research of the steel base subjected to concentrated load are carried out. But, in the design of the structures, uniaxial eccentric load is loaded to the steel base of the steel structures. In this research, the bearing strength and the me of failure considering eccentric loads and eccentric length, were experimented when eccentric load is loaded to the steel base of steel structures. Based on the test results, a basic design reference is suggested for a reasonable design of steel structures, steel reinforced concrete structures and composite structures.
Yang, Jun Mo;Shin, Hyun Oh;Lee, Joo Ha;Yoon, Young Soo
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.15
no.2
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pp.161-169
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2011
Two-way slabs reinforced with high-performance steels, which have several practical advantages of a reduction of congestion in heavily reinforced members, savings in the cost of labor and repair, the higher corrosion resistance, and a reduction of construction time, were constructed and tested. The influences of the flexural reinforcement ratio, concentrating the reinforcement in the immediate column region, and using steel fiber-reinforced concrete (SFRC) in the slab on the punching shear resistance and post-cracking stiffness were investigated, and compared with the punching shear test results of the slabs reinforced with conventional steels and GFRP bars. In addition, the strain distribution of flexural reinforcements and crack control were investigated, and the effective width calculating method for the average flexural reinforcement ratio was estimated. The use of high-performance steel reinforcement increased the punching shear strength of slabs, and decreased the amount of flexural reinforcements. The concentrating the top mat of flexural reinforcement increased the post-cracking stiffness, and showed better strain distribution and crack control. In addition, the use of SFRC showed beneficial effects on the punching shear strength and crack control. It was suggest that the effective width should be changed to larger than 2 times the slab thickness from the column faces.
The bolted end-plate beam-column connections have been widely used in steel structure and composite structure because of its excellent seismic performance. In this paper, the end-plate bolted connection is applied in the concrete structure, A new-type of fabricated beam-column connections with end-plates is presented, and steel plate hoop is used to replace stirrups in the node core area. To study the seismic behavior of the joint, seven specimens are tested by pseudo-static test. The experimental results show that the new type of assembly node has good ductility and energy dissipation capacity. Besides, under the restraint effect of the high-strength stirrup, the width of the web crack is effectively controlled. In addition, based on the analysis of the factors affecting the shear capacity of the node core area, the formula of shear capacity of the core area of the node is proposed, and the theoretical values of the formula are consistent with the experimental value.
Due to the impressive flexural performance, enhanced compressive strength and more constrained crack propagation, Fibre-reinforced concrete (FRC) have been widely employed in the construction application. Majority of experimental studies have focused on the seismic behavior of FRC columns. Based on the valid experimental data obtained from the previous studies, the current study has evaluated the seismic response and compressive strength of FRC rectangular columns while following hybrid metaheuristic techniques. Due to the non-linearity of seismic data, Adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) has been incorporated with metaheuristic algorithms. 317 different datasets from FRC column tests has been applied as one database in order to determine the most influential factor on the ultimate strengths of FRC rectangular columns subjected to the simulated seismic loading. ANFIS has been used with the incorporation of Particle Swarm Optimization (PSO) and Genetic algorithm (GA). For the analysis of the attained results, Extreme learning machine (ELM) as an authentic prediction method has been concurrently used. The variable selection procedure is to choose the most dominant parameters affecting the ultimate strengths of FRC rectangular columns subjected to simulated seismic loading. Accordingly, the results have shown that ANFIS-PSO has successfully predicted the seismic lateral load with R2 = 0.857 and 0.902 for the test and train phase, respectively, nominated as the lateral load prediction estimator. On the other hand, in case of compressive strength prediction, ELM is to predict the compressive strength with R2 = 0.657 and 0.862 for test and train phase, respectively. The results have shown that the seismic lateral force trend is more predictable than the compressive strength of FRC rectangular columns, in which the best results belong to the lateral force prediction. Compressive strength prediction has illustrated a significant deviation above 40 Mpa which could be related to the considerable non-linearity and possible empirical shortcomings. Finally, employing ANFIS-GA and ANFIS-PSO techniques to evaluate the seismic response of FRC are a promising reliable approach to be replaced for high cost and time-consuming experimental tests.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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