A novel spiral confined angle-steel reinforced concrete (SCARC) column was developed in this study. A total of 16 specimens were prepared and tested (eight of them were tested under axial loading, the other eight were tested under eccentric loading). The failure processes and load-displacement relationships of specimens under axial and eccentric loads were examined, respectively. The load-carrying capacity and ductility were evaluated by parametric analysis. A calculation approach was developed to predict the axial and eccentric load-carrying capacity of these novel columns. Results showed that the spiral reinforcement provided enough confinement in SCARC columns under axial and low eccentric loads, but was not effective in that under high eccentric loads. The axial load-carrying capacity and ductility of SCARC columns were improved significantly due to the satisfactory confinement from spirals. The outer reinforcement and other construction measures were necessary for SCARC columns to prevent premature spalling of the concrete cover. The proposed calculation approach provided a reliable prediction of the load-carrying capacity of SCARC columns.
The longitudinal reinforcement ratio for the performance-based design of columns was studied. Unlike the existing design codes using uniform minimum reinforcement ratio and effective stiffness for all columns, the longitudinal reinforcement ratio of columns was defined as the function of various design parameters. To evaluate the minimum reinforcement ratio, two conditions were considered: 1) prevention of passive yielding of compression re-bars due to the creep and shrinkage of concrete under sustained service loads; and 2) ultimate flexural strength greater than the cracking moment capacity to maintain the ductility of columns for earthquake design. In addition, the effective flexural stiffness of columns for structural analysis was determined according to the longitudinal reinforcement ratio. The design method addressing the three criteria was proposed. The proposed method was applied to a design example.
With the increasing use of concrete-filled steel tubes (CFST) as structural members, there is a growing need to provide suitable measures for possible strengthening or repair of these kinds of structural elements. Fibre reinforced polymer (FRP) jacketing is a recent method and is particularly attractive in which it does not significantly increase the section size, and is relatively easy to install. Thus, it can be used to enhance strength and/or ductility of CFST members. Very little information is available on the performance of FRP-strengthened CFST members under fire conditions. This paper is an attempt to study the fire performance of CFST columns strengthened by FRP. The results of fire endurance tests on FRP-strengthened circular CFST columns are presented. Failure modes of the specimens after exposure to fire, temperatures in the cross section, axial deformation and fire resistance of the composite columns are analysed. It is demonstrated that the required fire endurance can be achieved if the strengthened composite columns are appropriately designed.
Kim, Tae-Hoon;Lee, Seung-Hoon;Lee, Jae-Hoon;Shin, Hyun Mock
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.28
no.1
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pp.75-84
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2016
The purpose of this study was to investigate the performance of solid reinforced concrete columns with triangular reinforcement details. The proposed reinforcement details has economic feasibility and rationality and makes construction periods shorter. A model of solid reinforced concrete columns with triangular reinforcement details was tested under a constant axial load and a quasi-static, cyclically reversed horizontal load. A computer program, RCAHEST (Reinforced Concrete Analysis in Higher Evaluation System Technology), for the analysis of reinforced concrete structures was used. The used numerical method gives a realistic prediction of performance throughout the loading cycles for several test specimens investigated. As a result, proposed triangular reinforcement details for material quantity reduction was superior to existing reinforcement details in terms of required performance.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.9
no.2
s.42
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pp.29-36
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2005
The purpose of this study is to investigate the inelastic behavior of reinforced concrete bridge columns with unbonding of main reinforcements at plastic hinge region. A computer program, named RCAHEST (Reinforced Concrete Analysis in Higher Evaluation System Technology), for the analysis of reinforced concrete structures was used. 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. The effect of unbonding of main reinforcements at plastic hinge region has been also taken into account to model the concrete and reinforcing steel. The proposed numerical method for the inelastic behavior of reinforced concrete bridge columns with unbonding of main reinforcements at plastic hinge region is verified by comparison with reliable experimental results.
Steel-reinforced concrete (SRC) L-shaped column is the vertical load-bearing member with high spatial adaptability. The seismic behavior of SRC L-shaped column is complex because of their irregular cross sections. In this study, the hysteretic performance of six steel truss reinforced concrete L-shaped columns specimens under the combined loading of compression, bending, shear, and torsion was tested. There were two parameters, i.e., the moment ratio of torsion to bending (γ) and the aspect ratio (column length-to-depth ratio (φ)). The failure process, torsion-displacement hysteresis curves, and bending-displacement hysteresis curves of specimens were obtained, and the failure patterns, hysteresis curves, rigidity degradation, ductility, and energy dissipation were analyzed. The experimental research indicates that the failure mode of the specimen changes from bending failure to bending-shear failure and finally bending-torsion failure with the increase of γ. The torsion-displacement hysteresis curves were pinched in the middle, formed a slip platform, and the phenomenon of "load drop" occurred after the peak load. The bending-displacement hysteresis curves were plump, which shows that the bending capacity of the specimen is better than torsion capacity. The results show that the steel truss reinforced concrete L-shaped columns have good collapse resistance, and the ultimate interstory drift ratio more than that of the Chinese Code of Seismic Design of Building (GB50011-2014), which is sufficient. The average value of displacement ductility coefficient is larger than rotation angle ductility coefficient, indicating that the specimen has a better bending deformation resistance. The specimen that has a more regular section with a small φ has better potential to bear bending moment and torsion evenly and consume more energy under a combined action.
Reinforced-concrete (RC) columns are frequently designed and constructed. other types of columns includes composite types such as concrete-filled tube columns (CFT). Hollow RC columns may be effective in reducing both the self weight of columns and total amount of materials used. This is due to the fact that a hollow RC column possesses larger moment of inertia than that of solid RC columns of same cross sectional area. Despite the effectiveness the hollow RC column has not been popular because of its poor ductility performance. While the transverse reinforcements are effective in controlling the brittle failure of the outside concrete, they are not capable of resisting the failure of concrete of inner face which is in unconfined state of stress. To overcome these drawbacks, the internally confined hollow reinforced concrete (ICH RC), a new column type, was proposed in the previous researches. In this study, the fire resistance performance of the ICH RC columns was analyzed through a series of extensive heat transfer analyses using the nonlinear-material model program. Also, effect of factors such as the hollowness ratio, thickness of the concrete, and thickness of the internal tube on the fire resistance performance were extensively studied. Then the factors that enhance the fire-resistant performance of ICH RC were presented and analyzed.
The impacts of reinforcing concrete matrix with steel fibers, polypropylene fibers and recycled plastic fibers using different volume fractions of 0.15%, 0.5%, 1.5% and 2.5% on the compressive and tensile characteristics are experimentally investigated in the current research. Also, flexural behavior of plain concrete (PC) beams, shear performance of reinforced concrete (RC) beams and compressive characteristics of both PC and RC columns reinforced with recycled plastic fibers were studied. The experimental results showed that the steel fibers improved the splitting tensile strength of concrete higher than both the polypropylene fibers and recycled plastic fibers. The end-hooked steel fibers had a positive effect on the compressive strength of concrete while, the polypropylene fibers, the recycled plastic fibers and the rounded steel fibers had a negative impact. Compressive strength of end-hooked steel fiber specimen with volume fraction of 2.5% exhibited the highest value among all tested samples of 32.48 MPa, 21.83% higher than the control specimen. The ultimate load, stiffness, ductility and failure patterns of PC and RC beams in addition to PC and RC columns strengthened with recycled plastic fibers enhanced remarkably compared to non-strengthened elements. The maximum ultimate load and stiffness of RC column reinforced with recycled plastic fibers with 1.5% volume fraction improved by 21 and 15%, respectively compared to non-reinforced RC column.
A 4-story reinforced concrete structure built above an underground parking garage shows some slab deflections, and the deflections of the concrete floor slabs are proposed to be alleviated by the application of light-weight topping material in conjunction with localized strengthening of the slabs. The application of light-weight concrete topping on the existing slab has been simulated and its performance to anticipated loads has been analyzed. The application of light-weight topping material imposes additional weight on the exiting floor slabs. This added weight on the existing slabs causes over-stressing of the slabs. This over-stressing can be alleviated by enhancing the load carrying capacity of the existing slabs. Additional load carrying capacity in the existing slabs can be developed by localized strengthening of the slabs utilizing techniques such as the application of fiber-reinforced composites on the bottom surface of the slabs, and application of fiber-reinforced composites adequately complements the capacity of the existing slabs to bear the additional load imposed by light-weight leveling material. Additional moments in the beam and columns induced by the application of the light-weight topping material were tabulated and compared with capacity. The moment D/C ratios of the beam and columns are well the range of acceptable limits, and the beam and columns are not overstressed by the application of the surcharge.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.3
no.3
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pp.269-277
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1999
The purpose of this study is to investigate the structural behavior of reinforced concrete columns rehabilitated with epoxy-bonded steel plates subjected to axial load. Eleven specimens were made to evaluate structural capacity of reinforced concrete columns rehabilitated with steel plates. This study considers the change of the internal force and the deformation of reinforced concrete column with reinforcing steel plates, and analyzes the effect of the improvement of strength and ductility. Based on the test results, this study brings the following conclusions. In case of the effect of reinforcement by the ratio of the same volume, the internal force for the test model, which the width of the reinforcing steel plate is small, is effectively higher. The smaller the width and the thickness of reinforcing steel plate, the more effective the effect of reinforcement is. For applying the theorical equation by Uzumeri, the maximum load and the coefficient of effective crossing reinforcement by the width and the thickness of steel plate reflected the properties of reinforcing steel plate.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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