The stress-strain relationship of concrete in flexure is one of the essential parameters in assessing the flexural strength and ductility of reinforced concrete (RC) columns. An overview of previous research studies revealed that the presence of strain gradient would affect the maximum concrete stress developed in flexure. However, no quantitative model was available to evaluate the strain gradient effect on concrete under flexure. Previously, the authors have conducted experimental studies to investigate the strain gradient effect on maximum concrete stress and respective strain and developed two strain-gradient-dependent factors k3 and ko for modifying the flexural concrete stress-strain curve. As a continued study, the authors herein will extend the investigation of strain gradient effects on flexural strength and ductility of RC columns to concrete strength up to 100 MPa by employing the strain-gradient-dependent concrete stress-strain curve using nonlinear moment-curvature analysis. It was evident from the results that both the flexural strength and ductility of RC columns are improved under strain gradient effect. Lastly, for practical engineering design purpose, a new equivalent rectangular concrete stress block incorporating the combined effects of strain gradient and concrete strength was proposed and validated. Design formulas and charts have also been presented for flexural strength and ductility of RC columns.
The ductility of reinforced concrete bearing walls subjected to high axial loading and moment can be enhanced by improving the deformability of the compression zone or by reducing the neutral axis depth. The current state-of-the-art procedure evaluating the confinement effect prompts a consideration of the spaces between the transverse and longitudinal reinforcing bars, and a provision of tie bars. At the same time, consideration must also be given to the thickness of the walls. However, such considerations indicate that the confinement effect cannot be expected with the current practice of detailing wall ends in Korea. As an alternative, a comprehensive method for dimensioning boundary elements is proposed so that the entire section of a boundary element can stay within the compression zone when the full flexural strength of the wall is developed. In this comprehensive method, the once predominant code approach for determining the compression zone has been advanced by considering the rectangular stress block parameters varying with the extreme compression fiber strain. Moreover, the size of boundary elements can also be determined in relation to the architectural requirement.
최근 들어 고강도 콘크리트의 사용이 꾸준히 증가하고 있지만 현행 국내 콘크리트구조설계기준은 보통강도 콘크리트에 기초한 등가직사각형 응력매개변수를 사용하고 있어 응력분포가 일반 강도 콘크리트와 상이한 고강도 콘크리트의 설계 시 문제점을 야기할 수 있다. 따라서 이러한 문제점을 극복하기 위해서는 고강도 콘크리트에 대한 새로운 등가응력 매개변수 값이 제시되어져야 할 것으로 판단된다. 본 연구에서는 새로운 등가응력 매개변수를 제안하기 위해 기존 연구자들의 실험데이터를 토대로 선형 및 다중회귀분석을 수행하여 40~80 MPa 까지의 고강도 콘크리트에 대한 등가응력 매개변수를 이론적으로 추정하고 제안된 등가응력모델을 휨과 압축 부재설계에 적용시켜 기존의 국내 콘크리트구조설계기준과 비교검토 하였다. 제안된 등가응력모델로 구조설계를 수행한 결과, 콘크리트 강도 40~70 MPa 까지는 기존 모델에 비해 콘크리트 단면 감소 효과가 있었으며 또한 압축부재의 경우, 제안된 모델이 기존 모델 보다 콘크리트의 압축력을 더 보수적으로 평가하는 것으로 나타났다.
This paper presents the compressive stress distribution model appropriate to predict the ultimate strength of structural elements using ultra high-strength concrete. From the results of this investigation, the following conclusions are drawn: 1. The constant value of strain at extreme concrete compression fiber of 0.0027 is seen to represent satisfactorily the experimental result for ultra high-strength concrete. 2. The current ACI-318 rectangular stress block parameters were found to overestimate the moment capacity of ultra high-strength concrete columns with eccentrically loaded. 3. The equivalent trapezoidal stress distribution model with new parameter $\lambda_1$ and $\lambda_2$ was developed.
With increasing use of high-strength concrete tied columns in structural engineering, it becomes necessary to examine the applicability of related sections of the current design codes. This experimental study was conducted to investigate the behavior of eccentrically loaded high-strength concrete columns. Column specimens with concrete strength 234, 437, 703kgf/㎠ were tested under monotonically increasing eccentric compression. The test parameters included the longitudinal reinforcement ratio, eccentric distance and concrete compressive strength. The analytical results obtained from the stress-strain relationship and the ACI's equivalent rectangular stress block are compared with experimental test results.
이 연구는 교량이나 주차장 건물 등에 적용이 가능한 GFRP 보강 철근 폴리머 콘크리트 T형 보의 휨 특성에 관한 연구로서 GFRP 보강 수준에 따른 압축파괴(compression failure: CF), 인장파괴(tension failure: TF) 및 GFRP 보강재의 파괴(fiber sheet failure: FF) 등 파괴모드의 판단과 결정방법을 제시하고, 파괴모드별 설계휨강도 산정식을 제시하였다. GFRP 보강 철근콘크리트 보에서는 FF, TF, CF 등 3가지 파괴모드 중에서 철근항복 ${\rightarrow}$ GFRP 파단 ${\rightarrow}$ 압축측 콘크리트 파괴의 순으로 진행되는 FF 파괴모드가 가장 이상적이다. FF 파괴모드의 경우 압축측 폴리머 콘크리트가 극한변형률(${\varepsilon}_{cu}$)에 도달하기 전에 GFRP가 먼저 파단되므로 콘크리트의 극한상태를 기반으로 하는 기존의 등가직사각형 응력블럭의 개념을 적용할 수 없다. 따라서 이 연구에서는 폴리머 콘크리트의 특성에 부합되는 이상화된 폴리머 콘크리트의 압축응력-변형률 곡선을 제안하고, 폴리머 콘크리트의 변형률을 기반으로 하여 응력블럭 매개변수 ${\alpha}$, ${\beta}$를 도출하였다. 또한 T형 보의 형상비에 따른의 압축응력 분포 및 설계휨강도 특성을 규명하고 적정한 형상비를 2.5로 제시하였으며, GFRP 보강재의 두께 및 높이에 따른 설계휨강도 산정식을 제시하고 그 식의 적정성을 실험과 이론해석에 의해 입증하였다.
Seismic design of reinforced concrete (RC) structures requires a certain minimum level of flexural ductility. For example, Eurocode EN1998-1 directly specifies a minimum flexural ductility for RC beams, while Chinese code GB50011 limits the equivalent rectangular stress block depth ratio at peak resisting moment to achieve a certain nominal minimum flexural ductility indirectly. Although confinement is effective in improving the ductility of RC beams, most design codes do not provide any guidelines due to the lack of a suitable theory. In this study, the confinement for desirable flexural ductility performance of both normal- and high-strength concrete beams is evaluated based on a rigorous full-range moment-curvature analysis. An effective strategy is proposed for flexural ductility design of RC beams taking into account confinement. The key parameters considered include the maximum difference of tension and compression reinforcement ratios, and maximum neutral axis depth ratio at peak resisting moment. Empirical formulae and tables are then developed to provide guidelines accordingly.
The determination of compressive zone at the critical section of concrete walls under in-plane flexure is important in both assessing the ductility and designing the seismic retrofit. Recognizing this, the once-predominated code approach to determine the compressive zone was advanced by considering concrete rectangular stress block parameters varying with the extreme fiber strain in compression. It is shown that the major factors influencing the magnitude of compressive zone are axial load ratio, concrete strength, longitudinal steel ratio, yield strength and the level of strain at extreme compression fiber of wall sections. The present paper closes with the discussion for the research agenda requiring further study to investigate the behavior of reinforced concrete walls.
In the PCA Load Contour Method, the biaxial bending design coefficient of columns(${\beta}$) is based on the equivalent rectangular stress block (RSB). And coefficient of ${\beta}$ estimates the reinforcement index to be a influencing parameter on biaxial moment strength of RC columns without considering the arbitrary condition of bar arrangement. The experimental results of high strength concrete (HSC) columns subjected to combined axial load and biaxial bending moment were compared to the analysis results of RSB method. As result, the accuracy of RSB method is still acceptable for HSC columns and, as the reinforcement is placed densely in each corner of column section, the ${\beta}$ is decreased.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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