Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2001.11a
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pp.585-590
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2001
The structural characteristics of concrete-filled glass fiber reinforced polymer tubes were studied. The concept of concrete-filled composite columns was introduced to overcome the corrosion problems associated with steel and concrete piles under severe environments. Other benefits of composite columns include low maintenance cost, high earthquake resistance, and long expected endurance period. Several experiments were conducted; 1) compression test for short-length composite columns, 2) uniaxial compression tests on a total of 7 columns with various slenderness ratios. Short-length columns give higher strength and ductility revealing high confinement action in concrete. Failure strengths, failure patterns, confinement effects, and stress-strains relations were analyzed for slender columns. Current study will show the feasibility of concrete-filled glass fiber reinforced polymer composite columns in corrosive environments, and will provide an experimental database for columns that are externally reinforced by multidirectional fibers.
Damping as a material property plays an important role in decreasing dynamic response of structures. However, very little is known about the evaluation and application of the actual damping of Fiber Reinforced Polymer Confined Reinforced Concrete (FRP-C RC) material which is widely adopted in civil engineering at present. This paper first proposes a stress-dependent damping model for FRP-C RC material using a validated Finite Element Model (FEM), then based on this damping-stress relation, an iterative scheme is developed for the computations of the non-linear damping and dynamic response of FRP-C RC columns at any given harmonic exciting frequency. Numerical results show that at resonance, a considerable increase of the loss factor of the FRP-C RC columns effectively reduces the dynamic response of the columns, and the columns with lower concrete strength, FRP volume ratio and axial compression ratio or higher longitudinal reinforcement ratio have stronger damping values, and can relatively reduce the resonant response.
Many existing reinforced concrete (RC) columns in structures tend to become substandard RC ones due to updated standards or environmental changes. These substandard columns may alter the behaviors of the whole structure and therefore are in urgent need of seismic retrofitting. Owing to their superior advantages, carbon fiber reinforced polymer (CFRP) composites are widely used to retrofit RC columns. The applications mainly focus on various substandard RC columns, but few deals with substandard columns with deteriorated concrete, especially damaged by earthquake. The purpose of this paper is to investigate the seismic behaviors of CFRP reinforced partially deteriorated RC columns and to evaluate the effect of CFRP sheets on them. Six flexure-dominant columns were tested under a constant axial load and transverse cyclic displacements. It is found that the seismic behaviors of partially deteriorated columns can be recovered by wrapping CFRP sheets on them. Numerical analysis is then conducted using finite element methods and verified with experimental results. The effects of the axial load ratio, the ratio of the thickness of CFRP sheet to the column diameter, and the slenderness ratio on the seismic behaviors of CFRP reinforced RC columns are evaluated. Finally, a method is proposed to determine the required thickness of CFRP sheet.
The paper is intended to propose design strength of slender steel reinforced beam-columns by using the modified superposed method. The design of composite members is carried out by a superposed strength method in AIJ (Architectural Institute of Japan) design method. The bearing capacities of the steel part and the concrete part have to be determined separately and then added to a combined capacity. Authors have proposed a new superposed method in a modified form for the slender composite beam-columns and reinforced column. The modified superposed method is adopted for the slender steel reinforced beam-columns. Validation of the modified superposed method is undertaken by comparison with analytical results calculated assuming a sine curve deflected shape of the beam-columns, and with the test results conducted in Japan.
Based on the design of reinforced concrete columns in Chinese design codes, the failure function of reinforced concrete (RC) columns cannot be expressed as a linear function. This makes it difficult to reveal the level of reliability control in Chinese design code. Therefore, the failure function of dimensionless form is established in this paper, and the typical components (Industrial plant columns) are selected for analysis. At last, numerical simulation proves that the proposed model can be used to analysis reliability of columns. The results based on this model indicate that there is a strong difference in the reliability of RC columns designed with different design parameters, and the reliability would be lower when the eccentricity produced by crane load is smaller.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.6
no.3
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pp.165-176
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2012
The aim of this study is to assess the seismic performance of hollow reinforced concrete and prestressed concrete bridge columns, and to provide data for developing improved seismic design criteria. By using a sophisticated nonlinear finite element analysis program, the accuracy and objectivity of the assessment process can be enhanced. A computer program, RCAHEST (Reinforced Concrete Analysis in Higher Evaluation System Technology), is used to analyze reinforced concrete and prestressed concrete structures. Tensile, compressive and shear models of cracked concrete and models of reinforcing and prestressing steel were used to account for the material nonlinearity of reinforced concrete and prestressed concrete. The smeared crack approach was incorporated. The proposed numerical method for the seismic performance assessment of hollow reinforced concrete and prestressed concrete bridge columns is verified by comparing it with the reliable experimental results. Additionally, the studies and discussions presented in this investigation provide an insight into the key behavioral aspects of hollow reinforced concrete and prestressed concrete bridge columns.
The search for a design that meets both performance and safety, with minimal cost and lesser environmental impact was always the goal of structural engineers. In general, the design of conventional reinforced concrete structures is an iterative process based on rules of thumb established from the personal experience and intuition of the designer. However, such procedure makes the design process exhaustive and only occasionally leads to the best solution. In such context, this work presents the development and implementation of a mathematical formulation for obtaining optimal sections of reinforced concrete columns subjected to uniaxial flexural compression, based on the verification of strength proposed by the Brazilian standard NBR 6118 (ABNT 2007). To minimize the cost of the reinforced concrete columns, the Simulated Annealing optimization method was used, in which the amount and diameters of the reinforcement bars and the dimensions of the columns cross sections were considered as discrete variables. The results obtained were compared to those obtained from the conventional design procedure and other optimization methods, in an attempt to verify the influence of resistance class, variations in the magnitudes of bending moment and axial force, and material costs on the optimal design of reinforced concrete columns subjected to uniaxial flexural compression.
Stone columns are widely used to treat soft clay ground. Optimizing the design of stone columns based on cost-effectiveness is always an attractive subject in the practice of ground treatment. In this paper, the design of stone columns is optimized using the concept of robust geotechnical design. Standard deviation of failure probability, which is a system response of concern of the stone column-reinforced foundation, is used as a measure of the design robustness due to the uncertainty in the coefficient of variation (COV) of the noise factors in practice. The failure probability of a stone column-reinforced foundation can be readily determined using Monte Carlo simulation (MCS) based on the settlements of the stone column-reinforced foundation, which are evaluated by a deterministic method. A framework based on the concept of robust geotechnical design is proposed for determining the most preferred design of stone columns considering multiple objectives including safety, cost and design robustness. This framework is illustrated with an example, a stone column-reinforced foundation under embankment loading. Based on the outcome of this study, the most preferred design of stone columns is obtained.
Khan, Qasim S.;Sheikh, M. Neaz;Hadi, Muhammad N.S.
Steel and Composite Structures
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v.30
no.6
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pp.591-601
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2019
This research study investigates experimentally and analytically the axial compressive behaviour of Concrete Filled Fiber Reinforced Polymer Tube (CFFT) columns with and without Fiber Reinforced Polymer (FRP) bars. The experimental program comprises five circular columns of 204-206 mm outer diameter and 800-812 mm height. All columns were tested under concentric axial compressive loads. It was found that CFFT columns with and without FRP bars achieved higher peak axial compressive loads and corresponding axial deformations than conventional steel reinforced concrete (RC) column. The contribution of FRP bars was about 12.1% of the axial compressive loads carried by CFFT columns reinforced with FRP bars. Axial load-axial deformation ($P-{\delta}$) curves of CFFT columns were analytically constructed, which mapped well with the experimental $P-{\delta}$ curves. Also, an equation was proposed to predict the axial compressive load capacity of CFFT columns with and without FRP bars, which adequately considers the contributions of the circumferential confinement provided by FRP tubes and lower ultimate strength of FRP bars in compression than in tension.
Experimental results of 39 specimens including concrete columns, RC columns, hollow steel tube columns, concrete filled steel tubular (CFT) columns, and reinforced concrete filled steel tubular (RCFT) columns are presented. Based on the experimental results, the load-carrying capacity, confined effect, ductility, and failure mode of test columns are investigated. The effects of the main factors such as width-thickness ratio (the ratio of external diameter and wall thickness for steel tubes), concrete strength, steel tube with or without rib, and arrangement of reinforcing bars on the mechanical characteristics of columns are discussed as well. The differences between CFT and RCFT are compared. As a result, it is thought that strength, rigidity and ductility of RCFT are improved; especially strength and ductility are improved after the peak of load-displacement curve.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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