This paper presents the behavior and design of axially loaded normal and steel fiber reinforced concrete in-filled steel tube (SFRCFT) columns, to examine the contribution of steel fibers on the compressive strength of the composite columns. Non-linear finite element analysis model (FEA) using ANSYS software has been developed and used in the analysis. The confinement effect provided by the steel tube is considered in the analysis. Comparisons of the analytical model results, along with other available experimental outputs from literature have been done to verify the structural model. The compressive strength and stiffness of SFRC composite columns were discussed, and the interpretation of the FEA model results has indicated that, the use of SFRC as infill material has a considerable effect on the strength and stiffness of the composite column. The analytical model results were compared with the existing design methods of composite columns - (EC4, AISC/LRFD and the Egyptian code of Practice for Steel Construction, ECPSC/LRFD). The comparison indicated that, the results of the FEA model were evaluated to an acceptable limit of accuracy. The code design equations were modified to introduce the steel fiber effect and compared with the results of the FEA model for verification.
Yuce, Serkan Z.;Yuksel, Ercan;Bingol, Yilmaz;Taskin, Kivanc;Karadogan, H. Faruk
Structural Engineering and Mechanics
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v.27
no.5
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pp.589-607
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2007
Two series of tests were conducted to investigate the behavior of local thin jacketing for the retrofitting of reinforced concrete (RC) columns. In the first series, four full-scale RC columns with a height of 400 cm and a 30 cm square cross-section were tested under constant axial load and reversed cyclic lateral displacements. The heavily damaged columns were retrofitted with local thin jacketing. Self-compacting concrete (SCC) was used in the production of 7.5 cm thick, four-sided jacketing. The height of the jacketing was 100 cm for one specimen and 200 cm for all others. In the second series, the retrofitted columns were retested with the same axial load and displacement history. The effectiveness of local thin jacketing in the retrofitting of RC columns was examined with respect to lateral strength, stiffness, inelastic load-deformation behavior and energy dissipation.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.10
no.3
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pp.383-391
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2016
This paper reports the results of an experimental program involving several small-scale columns which were constructed to simulate corrosion damage in the field using two accelerated corrosion techniques namely, constant voltage and constant current. A total of six columns were cast for this experiment. For one pair of regular RC columns, corrosion was accelerated using constant voltage and for another pair, corrosion was accelerated using constant current. The remaining pair of regular RC columns was used as control. In the experiment, all the columns were subjected to cyclic wetting and drying using sodium chloride (NaCl) solution. The currents were monitored on an hourly interval and cracks were visually checked throughout the test program. After the specimens had suffered sufficient percentage steel loss, all the columns including the control were tested to failure in compression. The test results generated show that accelerated corrosion using impressed constant current produces more corrosion damage than that using constant voltage. The results suggest that the constant current approach can be better used to simulate corrosion damage of reinforced concrete structures and to assess the effectiveness of various materials, repair strategies and admixtures to resist corrosion damage.
Though extensive research has been carried out for the ultimate strength of steel reinforced concrete (SRC) members under static and cyclic load, there was only limited information on the applied analysis models. Modeling of the inelastic response of SRC members can be accomplished by using a microcosmic model. However, generally used microcosmic model, which usually contains a group of parameters, is too complicated to apply in the nonlinear structural computation for large whole buildings. The intent of this paper is to develop an effective modeling approach for the reliable prediction of the inelastic response of SRC columns. Firstly, five SRC columns were tested under cyclic static load and constant axial force. Based on the experimental results, normalized trilinear skeleton curves were then put forward. Theoretical equation of normalizing point (ultimate strength point) was built up according to the load-bearing mechanism of RC columns and verified by the 5 specimens in this test and 14 SRC columns from parallel tests. Since no obvious strength deterioration and pinch effect were observed from the load-displacement curve, hysteresis rule considering only stiffness degradation was proposed through regression analysis. Compared with the experimental results, the applied analysis model is so reasonable to capture the overall cyclic response of SRC columns that it can be easily used in both static and dynamic analysis of the whole SRC structural systems.
Kashi, Amin;Ramezanianpour, Ali Akbar;Moodi, Faramarz
Computers and Concrete
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v.19
no.4
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pp.339-346
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2017
The main objective of this paper was to illuminate the effect of marine environmental condition on durability of reinforced concrete (RC)-corroded columns strengthened with carbon fiber reinforced polymer (CFRP) and glass fiber reinforced polymer (GFRP) layers. Small-scale columns were prepared and corroded by an accelerated corrosion process. After strengthening, compressive strength tests were carried out on control and weathered specimens. In this research, a marine simulator was designed and constructed similar to the tidal zone of marine environment in south of Iran which was selected as a case study in this research. Mechanical properties of wrapped specimens were studied after placing them inside the simulator for 3000 hours. Marine environment decreased ultimate strength by 4.5% and 26.3% in CFRP and GFRP-wrapped columns, respectively. In some corroded-columns, strengthening was carried out after replacing damaged cover by self-compacted mortar. In this method, by confining with one layer of CFRP and GFRP, 4.2% and 22.4% reduction in ultimate strength was observed, respectively, after exposure. Furthermore, the elastic-brittle behavior has been verified in this retrofit method. Also results of tension tests revealed, the ultimate tensile strength was degraded by 2% and 28.8% in CFRP and GFRP sheets, respectively, after applying marine exposure.
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.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.28
no.5
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pp.503-510
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2015
In this paper, the blast resisting performance of partially reinforced CFT columns was compared with the normal CFT columns to evaluate the effect of reinforcing with steel plates. Autodyn which is a specialized hydro-code for analysis of explosion and impact was used to simulate the structural behavior of the CFT columns under the blast loadings. The interaction between concrete and surrounding steel plates was modeled with friction and join option to represent the realistic damage of columns. According to the analysis, the partially reinforced CFT column showed enhanced blast resisting performance than the normal CFT columns. Also the improvement of blast resisting performance was depended on the height of reinforcing steel plates.
To study the eccentric compression behavior of ultra-high performance fiber reinforced concrete (UHPFRC) columns, six UHPFRC columns and one high-strength concrete (HSC) column were tested. Variation parameters include load eccentricity, volume of steel fibers and stirrup ratio. The crack pattern, failure mode, bearing capacity, and deformation of the specimens were studied. The results showed that the UHPFRC columns had different failure modes. The large eccentric compression failure mode was the longitudinal tensile reinforcements yielded and many horizontal cracks appeared in the tension zone. The small eccentric compression failure mode was the longitudinal compressive reinforcements yielded and vertical cracks appeared in the compressive zone. Because of the bridging effect of steel fibers, the number of cracks significantly increased, and the width of cracks decreased. The load-deflection curves of the UHPFRC columns showed gradually descending without sudden dropping, indicating that the specimens had better deformation. The finite element (FE) analysis was performed to stimulate the damage process of the specimens with monotonic loading. The concrete damaged plasticity (CDP) model was adopted to characterize the behaviour of UHPFRC. The contribution of the UHPFRC tensile strength was considered in the bearing capacity, and the theoretical calculation formulas were derived. The theoretical calculation results were consistent with the test results. This research can provide the experimental and theoretical basis for UHPFRC columns in engineering applications.
Divyah, N.;Prakash, R.;Srividhya, S.;Sivakumar, A.
Structural Engineering and Mechanics
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v.83
no.3
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pp.387-400
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2022
The practice of using encased steel-concrete columns in medium to high-rise structures has expanded dramatically in recent years. The study evaluates existing methodologies and codal guidelines for estimating the ultimate load-carrying characteristics of concrete-encased short columns experimentally. The present condition of composite column design methods was analyzed using the Egyptian code ECP203-2007, the American Institute of Steel Construction's AISC-LRFD-2010, Eurocode EC-4, the American Concrete Institute's ACI-318-2014, and the British Standard BS-5400-5. According to the codes, the axial load carrying characteristics of both the encased steel and concrete sections was examined. The effect of load-carrying capacities in different forms of encased steel sections on encased steel-concrete columns was studied experimentally. The axial load carrying capacity of twelve concrete-encased columns and four conventional reinforced columns were examined. The conclusion is that the confinement was not taken into account when forecasting the strength and ductility of the encased concrete, resulting in considerable disparities between codal provisions and experimental results. The configuration of the steel section influenced the confining effect. Better confinement is achieved with the laced and battened section than with the infilled steel tube reinforced and conventionally reinforced section. The ECP203-2007 code reported the most conservative results of all the codes used.
Lee Chadon;Shin Yeong-Soo;Lee Seung-Whan;Lee Chang-Eun
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.17
no.6
s.90
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pp.893-902
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2005
Reasonable prediction of residual capacity of fire-damaged reinforced columns is important for both the safety measurement and the rehabilitation of the reinforced concrete structures suffered from exposure to extensive fire. In order to predict the residual behavior of fire-damaged reinforced concrete columns, its predictive model must be able to take into account the amount of heat transferred into the column, the level of deterioration of constituent materials and various column geometries. The numerical model presented in this research includes all these factors. The model has been shown to reasonably predict the residual behavior of fire-damaged columns. Parametric studies were performed using this model for the effects of cover thickness, exposure time to fire and column geometries on the residual behavior of reinforced concrete columns. It was found that serious damage on the residual capacity of column resulted from a longer exposure time to fire but only marginal differences from other factors.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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