This paper presents results from an analytical investigation of the behavior of steel reinforced concrete circular column sections with additional Glass Fiber Reinforced Polymers (GFRP) bars. The primary application of this composite section is to relocate the plastic hinge region from the column-footing joint where repair is difficult and expensive. Mainly, the study focuses on the development of the full nominal moment-axial load (M-P) interaction diagrams for hybrid concrete sections, reinforced with steel bars as primary reinforcement, and GFRP as auxiliary control bars. A large parametric study of circular steel reinforced concrete members were undertaken using a purpose-built MATLAB(c) code. The parameters considered were amount, location, dimensions and mechanical properties of steel, GFRP and concrete. The results indicate that the plastic hinge was indeed shifted to a less critical and congested region, thus facilitating cost-effective repair. Moreover, the reinforced concrete steel-GFRP section exhibited high strength and good ductility.
Band windows are commonly used in reinforced concrete structures for the purpose of ventilation and lighting. These applications shorten the lengths of the columns and, consequently, they are subject to higher shear forces as compared with those of hollow frames. Such short columns may cause some damages during earthquakes. Hence, these effects of short columns should be minimized by choosing the dimensions of the band windows properly in order to prevent serious damages in the structure. This can be achieved by taking into account the parameters that are crucial in causing short column effect. Hence, in this study, the effects of those parameters such as the widths and heights of the band windows, the number of bays and storeys within the frame, and the heights of storeys are examined. The effects of the parameters are analyzed using time history analysis. One of the important results of these analyses, is that, the widths of the band windows should be less than 60% of the clear span between the columns, whereas, their heights should be greater than 35% of the clear storey height in order to decrease the short column effects substantially during the design of the reinforced concrete structures.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.22
no.5
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pp.291-298
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2018
Existing reinforced concrete building structures have seismic vulnerabilities under successive earthquakes (or mainshock-aftershock sequences) due to their inadequate column detailing, which leads to shear failure in the columns. To improve the shear capacity and ductility of the shear-critical columns, a fiber-reinforced polymer jacketing system has been widely used for seismic retrofit and repair. This study proposed a numerical modeling technique for damaged reinforced concrete columns repaired using the fiber-reinforced polymer jacketing system and validated the numerical responses with past experimental results. The column model well captured the experimental results in terms of lateral forces, stiffness, energy dissipation and failure modes. The proposed column modeling method enables to predict post-repair effects on structures initially damaged by mainshock.
Muhammad Saad Ifrahim;Abdul Jabbar Sangi;Shuaib H. Ahmad
Computers and Concrete
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v.31
no.6
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pp.527-536
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2023
Fiber Reinforced Polymer (FRP) bar has emerged as a viable and sustainable replacement to steel in reinforced concrete (RC) under severe corrosive environment. The behavior of concrete columns reinforced with FRP bars, spirals, and hoops is an ongoing area of research. In this study, 3D nonlinear numerical modelling of circular concrete columns reinforced with Glass Fiber Reinforced Polymer (GFRP) bars and transversely confined with GFRP spirals were conducted using fracture-plastic model. The numerical models and experimental results are found to be in good agreement. The effectiveness of confinement was accessed through von-mises stresses, and it was found that the stresses in the concrete's core are higher with a 30 mm pitch (46 MPa) compared to a 60 mm pitch (36 MPa). The validated models are used to conduct parametric studies. In terms of axial load carrying capacity and member ductility, the effect of concrete strength, spiral pitch, and longitudinal reinforcement ratio are thoroughly investigated. The confinement effect and member ductility of a GFRP RC column increases as the spiral pitch decreases. It is also found that the confinement effect and member ductility decreased with increase in strength of concrete.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.16
no.1
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pp.125-133
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2010
Researches and studies which have been conducted so far on external confinement of long span concrete columns have mainly concentrated on concentric loading. But, long span bridge concrete columns over the sea are mainly subjected to concentrated axial load, and at the same time lange amount of moment by eccentric load. This paper experimentally investigates the performance of externally confined high-strength concrete columns subjected to loading mechanism and evaluates the effectiveness of two confinement materials carbon fibre and high performance glass fibre. Twelve short columns with the same dimensions were cast and tested Six columns were reinforced with hoop bars, the remaining six columns were reinforced with spiral bars and wrapped with three layers of carbon failure and high performance glass FRP sheets. Test variables considered were the shape of internal reinforcement and strengthening materials according to loading location. The experimental results showed that eccentric load could obviously lower down the maximum failure load of FRP-confined concrete columns, compared with the columns under concentric load. And compared with the carbon FRP-confined reinforced concrete columns, high performance glass FRP-confined columns displayed a higher load capacity and ductility, when tested both concentrically and eccentrically.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.8
no.2
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pp.99-116
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2014
The American Concrete Institute (ACI) 318-11 permits the use of the moment magnifier method for computing the design ultimate strength of slender reinforced concrete columns that are part of braced frames. This computed strength is influenced by the column effective length factor K, the equivalent uniform bending moment diagram factor $C_m$ and the effective flexural stiffness EI among other factors. For this study, 2,960 simple braced frames subjected to short-term loads were simulated to investigate the effect of using different methods of calculating the effective length factor K when computing the strength of columns in these frames. The theoretically computed column ultimate strengths were compared to the ultimate strengths of the same columns computed from the ACI moment magnifier method using different combinations of equations for K and EI. This study shows that for computing the column ultimate strength, the current practice of using the Jackson-Moreland Alignment Chart is the most accurate method for determining the effective length factor. The study also shows that for computing the column ultimate strength, the accuracy of the moment magnifier method can be further improved by replacing the current ACI equation for EI with a nonlinear equation for EI that includes variables affecting the column stiffness and proposed in an earlier investigation.
Researches have been done to discover ways to strengthen peat soil deposits. In this model study, fibrous peat that is the most compressible types of peat has been reinforced with precast peat columns stabilized with ordinary Portland cement and polypropylene fibres. Rowe cell consolidation tests as well as plate load tests (PLTs) were conducted on various types of test samples to evaluate the strength and deformation of untreated peat and peat reinforced by various types of columns. PLTs were conducted in a specially designed and fabricated circular steel test tank. The compression index ($C_c$) and recompression index ($C_r$) of fibrous peat samples reduced considerably upon use of precast columns. Also, PLT results confirmed the results obtained from Rowe cell tests. Use of polypropylene fibres added to cement further decreased ($C_c$) and ($C_r$) and increased load bearing capacity of untreated peat. Finite element method (FEM) using Plaxis 3D was carried out to evaluate the stress distributions along various types of tested samples and also, to compare the deformations obtained from FEM analysis with the actual maximum deformations found from PLTs. FEM results indicate that most of the induced stresses are taken on the upper portion of tested samples and reach their maximum values below the loading plate. Also, a close agreement was found between actual deformation values obtained from PLTs and values resulted from FEM analysis for various types of tested samples.
The use of reinforced concrete (RC) shear wall with concrete filled steel tube (CFST) columns and steel fiber reinforced concrete (SFRC) shear wall has aroused widespread attention in recent years. A new shear wall, named SFRC shear wall with CFST columns, is proposed in this paper, which makes use of CFST column and SFRC shear wall. Six SFRC shear wall with CFST columns specimens were tested under cyclic loading. The effects of test parameters including steel fiber volume fraction and concrete strength on the failure mode, strength, ductility, rigidity and dissipated energy of shear wall specimens were investigated. The results showed that all tested shear wall specimens exhibited a distinct shear failure mode. Steel fibers could effectively control the crack width and improve the distribution of cracks. The load carrying and energy dissipation capacities of specimens increased with the increase of steel fiber volume fraction and concrete strength, whilst the ductility of specimens increased with the increase of steel fiber volume fraction and the decrease of concrete strength.
Tran, Cao Thanh Ngoc;Nguyen, Xuan Huy;Nguyen, Huy Cuong;Vu, Ngoc Son
Advances in concrete construction
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v.10
no.3
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pp.185-193
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2020
An analytical model is developed in this paper to predict the shear capacity of reinforced concrete (RC) columns with corroded transverse reinforcements. The shear strength model for corroded RC columns is proposed based on modifying the existing strut-and-tie model, which considers the deformational compatibility between truss and arch mechanisms. The contributions to the shear strength from both truss and arch mechanisms are incorporated in the proposed model. The effects of corrosion level of transverse reinforcements are considered in the proposed model through the minimum residual cross-sectional area of transverse reinforcements and the reduction of concrete compressive strength for the cover area. The shear strengths calculated from the developed model are compared with the experimental results from Vu's study (2017), which consisted of RC columns with corroded transverse reinforcements showing shear failure under the cyclic loading. The comparison results indicate satisfactory correlations. Parametric studies are conducted based on the developed shear strength model to explore the effects of column axial loading, aspect ratios, transverse reinforcements and the corrosion levels in transverse reinforcements to the shear strength of RC columns with corroded transverse reinforcements.
Six shear-critical square tubed steel reinforced concrete (TSRC) columns using the high-strength concrete ($f_{cu,150}=86.6MPa$) were tested under constant axial and lateral cyclic loads. The height-to-depth ratio of the short column specimens was specified as 2.6, and the axial load ratio and the number of shear studs on the steel shape were considered as two main parameters. The shear failure mode of short square TSRC columns was observed from the test. The steel tube with diagonal stiffener plates provided effective confinement to the concrete core, while welding shear studs on the steel section appeared not significantly enhancing the seismic behavior of short square TRSC columns. Specimens with higher axial load ratio showed higher lateral stiffness and shear strength but worse ductility. A modified ACI design method is proposed to calculate the nominal shear strength, which agrees well with the test database containing ten short square TSRC columns with shear failure mode from this study and other related literature.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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