The optimum cost of a reinforced concrete plane and space frames have been found by using the Genetic Algorithm (GA) method. The design procedure is subjected to many constraints controlling the designed sections (beams and columns) based on the standard specifications of the American Concrete Institute ACI Code 2011. The design variables have contained the dimensions of designed sections, reinforced steel and topology through the section. It is obtained from a predetermined database containing all the single reinforced design sections for beam and columns subjected to axial load, uniaxial or biaxial moments. The designed optimum beam sections by using GAs have been unified through MATLAB to satisfy axial, flexural, shear and torsion requirements based on the designed code. The frames' functional cost has contained the cost of concrete and reinforcement of steel in addition to the cost of the frames' formwork. The results have found that limiting the dimensions of the frame's beams with the frame's columns have increased the optimum cost of the structure by 2%, declining the re-analysis of the optimum designed structures through GA.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.4A
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pp.577-585
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2006
In this research, nonlinear Timoshenko beam element that is able to capture nonlinear shear deformation is developed. The proposed model shows more reasonable prediction than Bernoulli beam theory in short columns or strong shear column due to the consideration of shear deformation. The cross-section is modeled as fiber approach. Since the model is based on the fiber approach for section discretization, the plastic progress of the section can be traced and the coupling effect of the axial and flexural response. The developed element is implemented into the finite element program to analysis general reinforced concrete structures. As parametric study, reinforced concrete columns are analyzed and compared with experimental results, analyzed the property of behavior for reinforced concrete columns.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.28
no.5
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pp.275-283
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2024
Many school buildings are vulnerable to earthquakes because they were built before mandatory seismic design was applied. This study uses machine learning to develop an algorithm that rapidly constructs an optimal reinforcement scheme with simple information for non-ductile reinforced concrete school buildings built according to standard design drawings in the 1980s. We utilize a decision tree (DT) model that can conservatively predict the failure type of reinforced concrete columns through machine learning that rapidly determines the failure type of reinforced concrete columns with simple information, and through this, a methodology is developed to construct an optimal reinforcement scheme for the confinement ratio (CR) for ductility enhancement and the stiffness ratio (SR) for stiffness enhancement. By examining the failure types of columns according to changes in confinement ratio and stiffness ratio, we propose a retrofit scheme for school buildings with masonry walls and present the maximum applicable stiffness ratio and the allowable range of stiffness ratio increase for the minimum and maximum values of confinement ratio. This retrofit scheme construction methodology allows for faster construction than existing analysis methods.
An, Gyeong-Hee;Seo, Jun-Ki;Cha, Sang-Lyul;Kim, Jin-Keun
Computers and Concrete
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v.22
no.3
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pp.261-267
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2018
Long-term deformation of a steel-reinforced concrete (SRC) column is different from that of a reinforced concrete (RC) column due to the different moisture distribution. Wide-flange steel in an SRC column obstructs diffusion and makes long-term deformation slower. Previous studies analyzed the characteristics of long-term deformation of SRC columns. In this study, an additional experiment is conducted to more precisely investigate the effect of wide-flange steel on the long-term deformation of SRC columns. Long-term deformation, especially creep of SRC columns with various types of wide-flange steel, is tested. Wide-flange steel for the experiment is made of thin acrylic panels that can block diffusion but does not have strength, because the main purpose of this study is to exclusively demonstrate the long-term deformation of concrete caused by moisture diffusion, not by the reinforcement ratio. Experimental results show that the long-term deformation of a SRC column develops slower than that in a RC column, and it is slower as the wide-flange steel hinders diffusion more. These experimental results can be used for analytical prediction of long-term deformation of various SRC columns. An example of the analytical prediction is provided. According to the experimental and analytical results, it is clear that a new prediction model for long-term deformation of SRC columns should be developed in further studies.
Kim Sang-Woo;Chai Hyee-Dae;Lee Jung-Yoon;Lee Bum-Sik
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.17
no.3
s.87
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pp.435-444
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2005
This paper predicted the shear behavior of reinforced concrete columns using Transformation Angle Truss Model (TATM) considered the effects of bending moment and axial force. Nine columns with various shear span- to-depth ratios and axial force ratios were tested to verify the theoretical results obtained from TATM. Fine linear displacement transducers (LVDT) were attached to a side of the column near the shear critical region to measure the curvature, the longitudinal and transverse axial deformations, and the shear deformation of the column. The test was terminated when the value of the applied load dropped to about $85\%$ of the maximum-recorded load in the post-peak descending branch. All the columns were failed in shear before yielding of the flexural steel. The shear strength and the stiffness of the columns increased, as the axial force increased and the shear span-to-depth ratio decreased. Shear stress-shear strain and shear stress-strain of shear reinforcement curves obtained from TATM were agreed well with the test results in comparison to other truss models (MCFT, RA-STM, and FA-STM).
The longitudinal axial strain in the plastic hinge region of reinforced concrete (RC) columns influences on the structural behavior of RC structures subjected to reversed cyclic loading. This strain decreases the effective compressive strength of concrete and increases the lateral displacements between stories by causing the elongation of member length. This paper investigated the effects of the axial force on the elongation of a RC member by using a sectional analysis of RC members. The analytical and experimental results indicated that the axial force decreased the axial strain in the plastic hinge region of RC columns. In this study, a model was proposed to predict the axial strain of RC columns. The proposed model considering the effects of axial force ratio consisted of three path types ; Path 1-loading region, Path 2-unloading region, and Path 3-reversing cyclic loading region. The axal strains predicted by the proposed model were compared with the test results of RC columns with various axial force ratios, and agreed reasonably with the observed longitudinal strains.
The plastic hinge lengths of beams and columns are a critical demand parameter in the nonlinear analysis of structures using the finite element method. The numerical model of a plastic hinge plays an important role in evaluating the response and damage of a structure to earthquakes or other loads causing the formation of plastic hinges. Previous research demonstrates that the plastic hinge length of reinforced concrete (RC) columns is closely related to section size, reinforcement ratio, reinforcement strength, concrete strength, axial compression ratio, and so on. However, because of the limitations of testing facilities, there is a lack of experimental data on columns with large section sizes and high axial compression ratios. In this work, we conducted a series of quasi-static tests for columns with large section sizes (up to 700 mm) and high axial compression ratios (up to 0.6) to explore the propagation of plastic hinge length during the whole loading process. The experimental results show that besides these parameters mentioned in previous work, the plastic hinge of RC columns is also affected by loading amplitude and size effect. Therefore, an approach toward considering the effect of these two parameters is discussed in this work.
This paper presents the analytical modeling and finite element (FE) analysis, using ABAQUS software, of the new types of steel reinforced lightweight aggregate concrete (SRLAC) columns with cross-shaped (+shaped and X-shaped) steel section, using proposed three analytical and two FE models in total. The stress-strain material models for different components in the columns, including the confined zones of the lightweight aggregate concrete (LWAC) using three and four concrete zones divisions approaches and with and without taking into account the stirrups reaction effect, are established first. The analytical models for determining the axial load-deformation behavior of the SRLAC columns are drawn based on the materials models. The analytical and FE models' results are compared with previously reported test results of the axially loaded SRLAC columns. The proposed analytical and FE models accurately predict the axial behavior and capacities of the new types of SRLAC columns with acceptable agreements for the load-displacement curves. The LWAC strength, steel section ratio, and steel section configuration affect the contact stress between the concrete and steel sections. The average ratios of the ultimate test load to the three analytical models and FEA model loads, Put /Pa1, Put /Pa2, Put /Pa3, and Put /PFE1, for the tested specimens are 0.96, 1.004, 1.016, and 1.019, respectively. Finally, the analytical parametric studies are also studied, in terms of the effects of confinement, LWAC strength, steel section ratio, and the reinforcement ratio on the axial capacity of the SRLAC column. When concrete strength, confinements, area of steel sections, or reinforcement bars ratio increased, the axial capacities increased.
This paper presents an analytical procedure for the analysis of high strength steel fiber reinforced concrete members considering the cracking effect in the serviceability loading range. Modifications to a previously proposed formula for the effective moment of inertia are presented. Shear deformation effect is also taken into account in the analysis, and the variation of shear stiffness in the cracked regions of members has been considered by reduced shear stiffness model. The effect of steel fibers on the behavior of reinforced concrete members have been investigated by the developed computer program based on the aforementioned procedure. The inclusion of steel fibers into high strength concrete beams and columns enhances the effective moment of inertia and consequently reduces the deflection reinforced concrete members. The contribution of the shear deformation to the total vertical deflection of the beams is found to be lower for beams with fibers than that of beams with no fibers. Verification of the proposed procedure has been confirmed from series of reinforced concrete beam and column tests available in the literature. The analytical procedure can provide an accurate and efficient prediction of deflections of high strength steel fiber reinforced concrete members due to cracking under service loads. This procedure also forms the basis for the three dimensional analysis of frames with steel fiber reinforced concrete members.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1999.10a
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pp.463-466
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1999
Ductility is an important consideration in the design of reinforced high-strength concrete. Therefore, this research investigate the ductile behavior of rectangular high-strength concrete columns like as bridge piers with confinement steel. The effect on the ductility of axial load, lateral reinforcement ratio, longitudinal reinforcement ratio, shear ratio, and compressive strength of concrete were investigated analytically using layered section analysis. As the results, it was proposed the proper relationship between ductility and variables and formulated into equations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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