This paper presents results of a non-linear finite element analysis of axially loaded slender hollow structural section (HSS) columns, strengthened using high modulus carbon-fiber reinforced polymer (CFRP) longitudinal sheets. The model was developed and verified against both experimental and other analytical models. Both geometric and material nonlinearities, which are attributed to the column's initial imperfection and plasticity of steel, respectively, are accounted for. Residual stresses have also been modeled. The axial strength in the experimental study was found to be highly dependent on the column's imperfection. Consequently, no specific correlation was established experimentally between strength gain and amount of CFRP. The model predicted the ultimate loads and failure modes quite reasonably and was used to isolate the effects of CFRP strengthening from the columns' imperfections. It was then used in a parametric study to examine columns of different slenderness ratios, imperfections, number of CFRP layers, and level of residual stresses. The study demonstrated the effectiveness of high modulus CFRP in increasing stiffness and strength of slender columns. While the columns' imperfections affect their actual strengths before and after strengthening,the percentage gain in strength is highly dependent on slenderness ratio and CFRP reinforcement ratio, rather than the value of imperfection.
This paper presents an experimental study on the effectiveness of simultaneous application of carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) and steel jacket in strengthening slender reinforced concrete (RC) column. The columns were 200 mm square cross section with lengths ranging from 1600 to 3000 mm. Ten columns were tested under axial load. The effects of the strengthening technique, slenderness ratio, cross-section area of steel angle and CFRP layer number were examined in terms of axial load-axial strain curve, CFRP strain, steel strip strain and steel angle strain. The experiments indicate that strengthening RC columns with combined CFRP and steel jacket is effective in enhancing the load capacity, ductility and energy dissipation capacity of RC column. Based on the existing models for RC columns strengthened with CFRP and with steel jacket, a design formula considering a slenderness reduction factor is proposed to predict the load capacity of the RC columns strengthened with combined CFRP and steel jacket. The predictions agree well with the experimental results.
This paper aims to study the behavior of short reinforced concrete columns confined with external glass Fiber Reinforced Polymers (GFRP) sheets under eccentric loads. The experimental part of the study was achieved by testing 9 specimens under eccentric compression. Three eccentricity ratios corresponding to e/t = 0, 0.10, 0.50 in one direction of the column were used. Specimens were divided into three groups. The first group was the control one without confinement. The second group was fully wrapped with GFRP laminates before loading. The third group was wrapped under loading after reaching 75% of failure loads of the control specimens. The third group was investigated in order to represent the practical case of strengthening a loaded column with FRP laminates. All specimens were loaded until failure. The results show that GFRP laminates enhances both failure load and ductility response of eccentrically loaded column. Moreover, the study also illustrates the effect of confinement on the first crack load, lateral deformation, strain in reinforcement and failure pattern. Based on the analysis of the experimental results, a simple model has been proposed to predict the improvement of load carrying capacity under different eccentricity ratios. The predicted equation takes into consideration the eccentricity to cross section depth ratio, the ultimate strength of GFRP, the thickness of wrapping laminate, and the time of wrapping (before loading and under loading). A good correlation was obtained between experimental and analytical results.
This paper presents a nonlinear analysis of reinforced concrete column with lap splice confined by FRP wrapping in the critical hinging zone. The steel stress-slip model derived from the tri-uniform bond stress model presented in the companion paper is included in the nonlinear frame analysis to simulate the response of reinforced concrete columns subjected to cyclic displacement reversals. The nonlinear modeling is based on a fiber discretization of an RC column section. Each fiber is modeled as either nonlinear concrete or steel spring, whose load-deformation characteristics are calculated from the section of fiber and material properties. The steel spring that models the reinforcing bars consists of three sub-springs, i.e., steel bar sub-spring, lap splice spring, and anchorage bond-slip spring connected in series from top to bottom. By combining the steel stress versus slip of the lap splice, the stress-deformation of steel bar and the steel stress-slip of bars anchored into the footing, the nonlinear steel spring model is derived. The analytical responses are found to be close to experimental ones. The analysis without lap splice springs included may result in an erroneous overestimation in the strength and ductility of columns.
Monolithic molecularly imprinted columns were designed and prepared by an in-situ thermal-initiated copolymerization technique for rapid separation of tryptophan and N- CBZ-phenylalanine enantiomers. The influence of polymerization conditions and separation conditions on the specific molecular recognition ability for enantiomers and diastereomers was investigated. The specious molecular recognition was found to be dependent on the stereo structures and the arrangement of functional groups of the imprinted molecule and the cavities in the molecularly imprinted polymer (MIP). Moreover, hydrogen bonding interactions and hydrophobic interactions played an important role in the retention and separation. Compared to conventional MIP preparation procedures, the present method is very simple, and its macroporous structure has excellent separation properties.
This paper is aiming to study the performances of reinforced high-strength concrete (HSC) short columns confined with aramid fibre-reinforced polymer (AFRP) sheets. An experimental program, which involved 45 confined columns and nine unconfined columns, was carried out in this study. All the columns were circular in cross section and tested under axial compressive load. The considered parameters included the concrete strength, amount of AFRP layers, and ratio of hoop reinforcements. Based on the experimental results, a prediction model for the axial stress-strain curves of the confined columns was proposed. It was observed from the experiment that there was a great increment in the compressive strength of the columns when the amount of AFRP layers increases, similar as the ultimate strain. However, these increments were reduced as the concrete strength increasing. Comparisons with other existing prediction models present that the proposed model can provide more accurate predictions.
Some open tubular (OT) molecule imprinted polymer (MIP) silica capillary columns with templates of camphor derivatives such as 10-camphorsulfonic acid (10-CSA), 10-camphorsulfonamide (10-CS) and camphor-p-tosyl hydrazone (CTH) have been successfully prepared by the prior generalized preparation protocol. The three MIP thin layers of different templates showed quite different morphologies. The chiral selectivity of each MIP column for the template enantiomers was optimized by changing eluent composition and pH. The optimization conditions were found to be different for the three MIPs. This work suggests prospective successful extension of the generalized preparation protocol for OT-MIP silica capillary columns toward templates of a variety of chemical groups.
This paper presents the results of an experimental investigation on the compressive strength of small scale concentrically axially loaded fiber-reinforced polymer (FRP) confined plain concrete columns, with cylinder concrete strength 19 MPa. For columns with circular (150-mm diameter) and square (150-mm side) cross sections wrapped with glass- and carbon-FRP sheets (GFRP and CFRP, respectively) applied with dry lay-up the effect of different jacket schemes and different overlap configurations on the confined characteristics is investigated. Test results indicate that the most cost effective jacket configuration among those tested is for one layer of CFRP, for both types of sections. In square sections the location of the lap length, either in the corner or along the side, does not seem to affect the confined performance. Furthermore, in circular sections, the presence of an extra wrap with FRP fibers parallel to the column's axis enhances the concrete strength proportionally to the axial rigidity of the FRP jacket. The recorded strains and the distributions of lateral confining pressures are discussed. Existing design equations are used to assess the lateral confining stresses and the confined concrete strength making use of the measured hoop strains.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.21
no.2
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pp.57-66
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2021
This study develops finite element models for seismically-deficient reinforced concrete building frame retrofitted using fiber-reinforced polymer jacketing system and validates the finite element models with full-scale dynamic test for as-built and retrofitted conditions. The bond-slip effects measured from a past experimental study were modeled using one-dimensional slide line model, and the bond-slip models were implemented to the finite element models. The finite element model can predict story displacement and inter-story drift ratio with slight simulation variation compared to the measured responses from the full-scale dynamic tests.
"Dynamic stabilization" systems have been developed in recent years to treat degenerative disorders of the spinal column. In contrast to arthrodesis (fusion), the aim here is to conserve intervertebral mobility to maximize comfort. When developing innovative concepts, many mechanical tests need to be carried out in order to validate the different technological solutions. The present study focuses on the B Dyn$^{(R)}$ "dynamic stabilization" device (S14$^{(R)}$ Implants, Pessac, France), the aim being to optimize the choice of polymer material used for one of the implant's components. The device allows mobility but also limit the range of movement. The stiffness of the ring remains a key design factor, which has to be optimized. Phase one consisted of static tests on the implant, as a result of which a polyurethane (PU) was selected, material no.2 of the five elastomers tested. In phase two, dynamic tests were carried out. The fatigue resistance of the B Dyn$^{(R)}$ system was tested over five million cycles with the properties of the polymer elements being measured using dynamic mechanical analysis (DMA) after every million cycles. This analysis demonstrated changes in stiffness and in the damping factor which guided the choice of elastomer for the B Dyn$^{(R)}$ implant.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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