The effectiveness of a retrofitting method for concrete columns with particular weaknesses is experimentally evaluated and presented in this paper. Structural deficiencies namely the inadequacy of transverse reinforcement and short length of lap splices are very common in columns found in structures built prior to the 1960s and 1970s. Recent earthquakes worldwide have caused severe damages and collapses of these structures. Nevertheless, the importance of improving the load transfer capacity between the deficiently lap-spliced bars is usually underestimated during the strengthening procedures applied in old buildings, though critical for the safety of the residents' lives. Thus, the seismic performance of the enhanced columns is frequently overestimated. The retrofitting approach presented herein involves reinforced concrete jacketing of the column sub-assemblages and welding of the lap-spliced bars to prevent the splice failure and conform to the provisions of modern design Codes. The cyclic lateral loading response of poorly confined original column specimens with insufficient lap splices and the seismic behavior of the retrofitted columns are compared. Test results clearly demonstrate that the retrofitting procedure followed is an effective way of significantly improving the seismic performance of substandard columns found in old buildings.
A finite element (FE) model for analyzing slender reinforced high-strength concrete (HSC) columns under biaxial eccentric loading is formulated in terms of the Euler-Bernoulli theory. The cross section of columns is divided into discrete concrete and reinforcing steel fibers so as to account for varied material properties over the section. The interaction between axial and bending fields is introduced in the FE formulation so as to take the large-displacement or P-delta effects into consideration. The proposed model aims to be simple, user-friendly, and capable of simulating the full-range inelastic behavior of reinforced HSC slender columns. The nonlinear model is calibrated against the experimental data for slender column specimens available in the technical literature. By using the proposed model, a numerical study is carried out on pin-ended slender HSC square columns under axial compression and biaxial bending, with investigation variables including the load eccentricity and eccentricity angle. The calibrated model is expected to provide a valuable tool for more efficiently designing HSC columns.
This paper presents the results of an experimental study on the residual behavior of reinforced recycled aggregate concrete (RRAC) beam-columns after exposure to elevated temperatures. Two parameters were considered in this test: (a) recycled coarse aggregate (RCA) replacement percentages (i.e. 0, 30, 50, 70 and 100%); (b) high temperatures (i.e. 20, 200, 400, 600, and 800℃). A total of 25 RRAC short columns and 32 RRAC beams were conducted and subjected to different high temperatures for 1 h. After cooling down to ambient temperature, the following basic physical and mechanical properties were then tested and discussed: (a) surface change and mass loss ratio; (b) strength of recycled aggregate concrete (RAC) and steel subjected to elevated temperatures; (c) bearing capacity of beam-columns; (d) load-deformation curve. According to the test results, the law of performance degradation of RRAC beam-columns after exposure to high temperatures is analyzed. Finally, introducing the influence coefficient of RCA replacement percentage and high temperatures, respectively, to correct the calculation formulas of bearing capacity of beam-columns in Chinese Standard, and then the residual bearing capacity of RRAC beam-columns subjected elevated temperatures is calculated according to the modified formulas, the calculated results are in good agreement with the experimental results.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2002.10a
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pp.99-104
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2002
This paper presents an analytical prediction of the fatigue damage of reinforced concrete bridge columns subjected to cyclic load. Material nonlinearity is taken into account by comprising tensile, compressive and shear models of cracked concrete and a model of reinforcing steel. The smeared crack approach is incorporated. In boundary plane at which each member with different thickness is connected, local discontinuity in deformation due to the abrupt change in their stiffness can be taken into account by introducing interface element. The effect of number of load reversals with the same displacement amplitude has been also taken into account to model the reinforcing steel and concrete. The proposed numerical method for fatigue damage of reinforced concrete bridge columns subjected to cyclic load is verified by comparison with reliable experimental results.
This paper presents an investigation on the fire resistance of high strength fiber reinforced concrete filled box columns (CFBCs) under combined temperature and loading. Two groups of full-size specimens were fabricated. The control group was a steel box filled with high-strength concrete (HSC), while the experimental group consisted of a steel box filled with high strength fiber concrete (HFC) and two steel boxes filled with fiber reinforced concrete. Prior to fire test, a constant compressive load (i.e., load level for fire design) was applied to the column specimens. Thermal load was then applied on the column specimens in form of ISO 834 standard fire curve in a large-scale laboratory furnace until the set experiment termination condition was reached. The test results show that filling fiber concrete can improve the fire resistance of CFBC. Moreover, the configuration of longitudinal reinforcements and transverse stirrups can significantly improve the fire resistance of CFBCs.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.18
no.2E
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pp.103-109
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2006
Spalling is defined as damages to concrete exposed to high temperature during fire, causing cracks and localized bursting of small pieces of concrete. As the concrete strength increases, the degree of damage caused by spalling becomes more serious due to impaired permeability. It is reported that polypropylene(PP) fiber has an important role in protecting concrete from spalling, and the optimum dosage of PP fiber is 0.2%. However, this study was conducted on non-reinforced concrete specimens. The high-temperature behavior of high-strength reinforced concrete columns with various concrete strength and various quantity of PP fibers is investigated in this study. The results revealed that the ratio of unstressed residual strength of columns increased as the concrete strength increased and as the quantity of PP fiber increased from 0% to 0.2%. However, the effect of PP fiber quantity on residual strength of column was barely above 0.2%.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2000.10a
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pp.711-717
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2000
This paper presents an experimental study on evaluation of structural performance on corroded reinforced concrete columns under only axial load, combined axial load and lateral load. This test was carried on the twenty-six reinforced concrete columns with $150\times150\times800$mm size subjected to combined axial load and lateral load. Effects of key variables such as the corrosion level, the number of hoop, the corrosion of hoop are studied in this program. The results of this study show that the capacity of column axial force was decreased as corrosion level was increased, especially, rapid development was shown after 10% corrosion level and the maximum moment capacity of column was shown at corrosion level 1.2%, while rapid decrease was shown after 4.3% corrosion level. Also we found that influence of corrosion was decreased to number of tie bar was increased.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1997.10a
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pp.527-532
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1997
Design strength of structural members could be determined by applying a strength reduction factor to nominal strength. At the beginning point of the transition region for the strength reduction factor, P=0.1$\sigma$$_{ck}A_g$, only sectional area and concrete strength are adopted as the variables of P=0.1$\sigma$$_{ck}A_g$. Therefore, P=0.1$\sigma$$_{ck}A_g$ is the empirically adopted which does not consider steel ratio, steel yielding stress, and steel arrangement. So, this research was perpormed the computer program for the analysis of axial force-moment-curvature relationship of reinforced concrete columns by sectional behaviour nonlinear analysis using a concrete compressive stress-strain curve, in order to investigate the ductility of reinforced concrete columns. As a result, ductility indicies of axial force, P=0.1$\sigma$$_{ck}A_g$, represented the lack of consistency of the indicies value for the various sections.
It is essential to properly understand the seismic behavior of reinforced concrete (RC) columns confined by stirrups that experience different corrosion rates. The current study investigated the effect of seismic performance indicators such as strength loss, energy dissipation rate, ductility and hysteresis damping on specimens and models for different stirrup corrosion rates. Analysis revealed the adverse effects of corrosion on the bond performance between the concrete and steel bars which affected the seismic performance of the columns. It was found that with increasing corrosion rate, ductility and energy dissipation of the specimens decreased. Compared with the uncorroded specimen, the ductility factor and energy dissipation decreased observably, by 22.89% and 60.64%, respectively. An attenuation relationship is proposed for the corrosion rate of the stirrups for different stirrup yield strengths, concrete compressive strengths, concrete covers and stirrup spacing.
Fattah, Mohammed Y.;Zabar, Bushra S.;Hassan, Hanan A.
Structural Engineering and Mechanics
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v.56
no.4
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pp.507-534
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2015
The present work investigates the behavior of the embankment models resting on soft soil reinforced with ordinary and stone columns encased with geogrid. Model tests were performed with different spacing distances between stone columns and two lengths to diameter ratios (L/d) of the stone columns, in addition to different embankment heights. A total number of 42 model tests were carried out on a soil with undrianed shear strength $${\sim_\sim}10kPa$$. The models consist of stone columns embankment at s/d equal to 2.5, 3 and 4 with L/d ratio equal 5 and 8. Three embankment heights; 200 mm, 250 mm and 300 mm were tested for both tests of ordinary (OSC) and geogrid encased stone columns (ESC). Three earth pressure cells were used to measure directly the vertical effective stress on column at the top of the middle stone column under the center line of embankment and on the edge stone column for all models while the third cell was placed at the base of embankment between two columns to measure the vertical effective stress in soft soil directly. The performance of stone columns embankments relies upon the ability of the granular embankment material to arch over the 'gaps' between the stone columns spacing. The results showed that the ratio of the embankment height to the clear spacing between columns (h/s-d) is a key parameter. It is found that (h/s-d)<1.2 and 1.4 for OSC and ESC, respectively; (h is the embankment height, s is the spacing between columns and d is the diameter of stone columns), no effect of arching is pronounced, the settlement at the surface of the embankment is very large, and the stress acting on the subsoil is virtually unmodified from the nominal overburden stress. When $(h/s-d){\geq}2.2$ for OSC and ESC respectively, full arching will occur and minimum stress on subsoil between stone columns will act, so the range of critical embankment height will be 1.2 (h/sd) to 2.2 (h/s-d) for both OSC and ESC models.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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