In order to deeply reveal the working mechanism of ultra-high performance concrete (UHPC) filled steel tubular columns (UHPCFSTs) under cyclic loading, a three-dimension (3D) macro-mesoscale finite element (FE) model was established considering the randomness of steel fibers and the damage of UHPC. Model correctness and reliability were verified based on the experimental results. Next, the whole failure process of UHPC reinforced with steel fibers, passive confinement effect and internal force distribution laws were comprehensively analyzed and discussed. Finally, a simplified and practical method was proposed for predicting the ultimate bending strengths of UHPCFSTs. It was found that the non-uniform confinement effect of steel tube occurred when the drift ratio exceeded 0.5%, while the confining stress increased then decreased afterwards. There was preferable synergy between the steel tube and UHPC until failure. Compared with experimental results, the ultimate bending strengths of UHPCFSTs were undervalued by the current code provisions such as AISC360-10, EC4 and GB50936 with computed mean values (MVs) of 0.855, 0.880 and 0.836, respectively. The proposed practical method was highly accurate, as evidenced by a mean value of 1.058.
The need for carbon neutrality in the world strives the construction industry to reduce the use of construction materials. Aiming to this, recycled aggregate concrete (RAC) could be used as it reduces the carbon dioxide emissions. Currently, RAC is mainly used in non-structural members of civil constructions, seldom used in structural members. To broaden its structural use, a new type of composite column, i.e., the square and rectangular RAC filled FRP tubes (CFFTs), has been concerned in this study. The investigation on their axial compressive behavior through physical test and numerical analysis demonstrated that the load-carrying capacity of such column is reduced with the increase of replacement ratio of recycled aggregate and aspect ratio of section but can be improved by the increase of FRP confining stiffness and corner radius, said capacity can be equivalent to their steel reinforced concrete counterparts. At failure, the hoop strain at corner of tube is unexpectedly smaller than that at flat side of the tube although the FRP tube ruptured at its corner first, revealing a premature failure. Besides, a design-oriented stress-strain model of concrete and an analysis-oriented finite element model are proposed to predict the load-strain response of square and rectangular CFFT columns, which facilitates the engineering use of RAC in load-carrying structural members.
This paper studied the effect of soil-structure interaction (SSI) on the seismic response and retrofit of a reinforced concrete structure with a soft-first story for different soil types. A 5-story structure built on a 30m deep homogeneous soil mass was considered as a case study structure, and steel column jacketing and steel bracing were chosen as seismic retrofit methods. Seismic responses of a fixed-base and a flexible base structure subjected to seven scaled earthquake records were obtained using the software OpenSees to investigate the effect of soil on seismic response and retrofit. The nonlinearBeamColumn elements with the fiber sections were used to simulate the nonlinear behavior of the beams and columns. Soil properties were defined based on shear wave velocity according to categorized site classes defined in ASCE-7. The finite element model of the soil was made using isoparametric four-noded quadrilateral elements and the nonlinear dynamic responses of the combined system of soil and structure were calculated in the OpenSees. The analysis results indicate that the soil-structure interaction plays an important role in the seismic performance and retrofit of a structure with a soft-first story. It was observed that column steel jacketing was effective in the retrofit of the model structure on a fixed base, whereas stronger retrofit measures such as steel bracing were needed when soil-structure interaction was considered.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.10
no.5
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pp.171-178
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2006
It was presented that the spalling of high strength concrete exposed to high temperature could be reduced by using polypropylene fiber. However, as the concrete strength increase, the demanded quantity of PP fiber increase and this results in the loss of workability of ultra high strength concrete. The silica fume which is essentially mixed in ultra high strength concrete decrease the permeability of concrete, and this will increase the degree of spalling. In this study the effect of silica fume on the spalling of ultra high strength concrete and the fire resisting efficiency of PP fiber and poly vinyl alchol, instead of PP fiber, for the security of workability were experimentally examined.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.24
no.5
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pp.111-118
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2020
The U-shaped composite beam used in this study consist of a reinforced concrete structure, a beam steel structure supporting the slab, a reinforced concrete structure, and a U-shaped steel plate. The U-shaped composite beam was developed for the purpose of using it as a parking lot because it is highly constructible and has low floor height and long span. For the improvement of constructivity, the U-shaped composite beam ends are planned with standardized H-shaped steel and connected directly to the columns, and the middle of the U-shaped composite beam consists of U-shaped steel plates folded in U-shaped form using thin steel plates (t=6) instead of H-shaped steel. In the middle of the composite beam, where U-shaped steel plates are located, the depth of U-shaped beam may be planned to be small so as to satisfy the height limit of the parking lot. It is important to grasp the structural performance according to the change of depth because low beam depth is advantageous for the reduction of the floor height, but it is a inhibitor to the structural behaviors of U-shaped composite beam. In addition, since U-shaped composite beams are a mixture of steel frame structures, reinforced concrete structures and U-shaped steel plates, securing unity has a great influence on securing structural performance. Therefore, in this study, a structural experiment was conducted to understand the structural performance according to the depth change for U-shaped composite beam. A total of three specimens were planned, including two specimens that changed the depth using a criteria specimen planned for a general parking lot. The results of the experiment showed that the specimens who planned the depth greatly had better structural performance such as yield strength, maximum strength, and energy than the standard specimen.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.35
no.3
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pp.141-148
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2022
In this study, the structural behavior of reinforced concrete members under simultaneous axial and blast loads was analyzed. Nonlinear dynamic analysis verification was performed using the experimental data of panels under fundamental blast load as well as those of reinforced concrete columns subjected to axial and blast loads. Because Autodyn is a program designed only for dynamic analysis, an analysis process is devised to simulate the initial stress state of members under static loads, such as axial loads. A total of 80 nonlinear dynamic finite element analysis procedures were conducted by selecting parameters corresponding to axial load ratios and scaled distances ranging 0%~70% and 1.1~2.0 (depending on the equivalent of TNT), respectively. The structural behavior was compared and analyzed with the corresponding degree of damage and maximum lateral displacement through the changes in axial load ratio and scaled distance. The results show that the maximum lateral displacement decreases due to the increase in column stiffness under axial loads. In view of the foregoing, the formulated analysis process is anticipated to be used in developing blast-resistant design models where structural behavior can be classified into three areas considering axial load ratios of 10%~30%, 30%~50%, and more than 50%.
Kim, Lyang-Woon;Lee, Soo-Kueon;Lee, Jung-Yoon;Chung, Chang-Yong;Kim, Sang-Sik
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.21
no.3
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pp.319-326
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2009
Two parallel wide flange built-up beams are widely used as struts in resisting lateral earth pressure because of the effectiveness in structure and construction. In a certain structural system, the reinforced concrete columns are to be placed at the intersection where two perpendicular beams cross each other, the square part of the joint being filled with concrete. In the punching shear mechanism of the beam-column joint, the radial deformation caused due to shear cracking will be constrained by the spring action of the squarely encompassed beam flanges. As a result, the punching shear strength of the joint concrete can be expected to be increased. To verify this phenomenon experiments have been performed for various constraining elements and distances between columns and constraints. Test results are compared with the approximation analysis formula which has been proposed in this study, based on the code formula. The results calculated by the proposed equation show comparatively close agreement with the punching shear strength detected from the test.
Cho, Chul Min;Lee, Doo Sung;Kim, Tae Kyun;Kim, Jang-Ho Jay
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.37
no.2
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pp.289-301
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2017
As earthquakes have frequently happened all over the world, huge losses of human life and property have occurred. Therefore, retrofitting and strengthen technologies of non-seismically designed structures in Korea are urgent. Also, there has been a growing interest about seismic retrofitting, where researches on the topic have been actively pursued in Korea. The study results showed that ductility inducing retrofitting method is more superior stiffness inducing method. In Japan, Super Reinforcement with Flexibility (SRF) was introduced. Therefore, in this study, seismic performance evaluation was performed through pseudo dynamic test and uniaxial compression test for RC column retrofitted by PolyUrea for ductility inducing retrofitting material. Uniaxial compression test results showed that strength of all specimens retrofitted by PolyUrea was higher than that of RC specimens. Also, all specimens retrofitted by PolyUrea also showed ductile fracture behavior. In pseudo dynamic test, by appling real earthquake record, the seismic behavior of RC column reinforced by PolyUrea was evaluated through relative displacement, reinforcement strain, displacement ductility, and dissipation energy. The results showed that PolyUrea helped to enhance seismic performance of RC columns.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.24
no.4
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pp.72-80
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2020
The purpose of this study is to secure the same or more structural performance and constructability for the details of hooks cross-constructed at 135 degrees used as external-ties standard detail in RC columns, therefore, to the purpose of improving constructability, the clip-type binding implement was suggested and A total of 28 pull-out specimens were prepared with the parameters of concrete compressive strength and clip-embeded length, clip installation location to examine the anchorage behavior of the clip-type binding implement. The experiment was carried out. The results of the experiment confirmed that the anchorage strength of the clip-type binding implement was higher than the details of hooks cross-constructed at 135-degree regardless of the diameter of tie and concrete strength, embeded clip length, clip installation. and The 90-degree end hook with clip-type binding implement was showed a similar an anchorage behavior of 135-degree end-hooked transverse reinforcement, consequently, The 90-degree end hooked with clip-type binding implement is evaluated to be the same anchorage behavior and performance as standard 135-degree end hook detail.
In this study, characteristics of the seismic response of the non-earthquake resistant reinforced concrete (RC) frame were identified. The test building is designed to withstand only gravity loads and not in compliance with modern seismic codes. Smooth bars were utilized for the reinforcement. Members are provided with minimal amount of stirrups to withstand low levels of shear forces and the core concrete is virtually not confined. Columns are slender and more flexible than beams, and beam-column connections were built without stirrups. Through the modeling of an example RC frame, the feasibility of the fiber elementbased 3D nonlinear analysis method was investigated. Since the torsion is governed by the fundamental mode shape of the structure under dynamic loading, pushover analysis cannot predict torsional response accurately. Hence, dynamic response history analysis is a more appropriate analysis method to estimate the response of an asymmetric building. The latter method was shown to be accurate in representing global responses by the comparison of the analytical and experimental results. Analytical models without rigid links provided a good estimation of reduced stiffness and strength of the test structure due to bond-slip, by forming plastic hinges closer to the column ends. However, the absence of a proper model to represent the bond-slip poased the limitations on the current inelastic analysis schemes for the seismic analysis of buildings especially for those with round steel reinforcements. Thus, development of the appropriate bond-slip model is in need to achieve more accurate analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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