One of the most important structural components of steel structures is the column-base connections which are obliged to transfer horizontal and vertical loads safely to the reinforced concrete (RC) or concrete base. The column-base connections of steel or composite steel structures can be organized both moment resistant and non-moment resistant leading to different connection styles. Some of these connection styles are ordinary bolded systems, socket systems and embedded systems. The structures are frequently exposed to cycling lateral loading effects causing fatal damages on connections like columns-to-beams or columns-to-base. In this paper, connection of steel column with RC base was investigated analytically and experimentally. In the experiments, bolded connections, socket and embedded connection systems are taken into consideration by applying cyclic lateral loads. Performance curves for each connection were obtained according to experimental and analytical studies conducted and inelastic behavior of connections was evaluated accordingly. The cyclic lateral performance of the connection style of embedding the steel column into the reinforced concrete base and strengthening of steel column in upper level of base connection was found to be higher and effective than other connection systems. Also, all relevant test results were discussed.
Experiments were performed to explore the hysteretic performance of steel reinforced concrete (SRC) cross-shaped columns. Nine specimens were designed and tested under the combined action of compression, flexure, shear and torsion. Torsion-bending ratio (i.e., 0, 0.14, 0.21) and steel forms (i.e., Solid - web steel, T - shaped steel, Channel steel) were considered in the test. Both failure processes and modes were obtained during the whole loading procedure. Based on experimental data, seismic indexes, such as bearing capacity, ductility and energy dissipation were investigated in detail. Experimental results suggest that depending on the torsion-bending ratio, failure modes of SRC cross-shaped columns are bending failure, flexure-torsion failure and torsion-shear failure. Shear - displacement hysteretic loops are fuller than torque - twist angle hysteretic curves. SRC cross-shaped columns exhibit good ductility and deformation capacity. In the range of test parameters, the existence of torque does not reduce the shear force but it reduces the displacement and bending energy dissipation capacity. What is more, the bending energy dissipation capacity increases with the rising of displacement level, while the torsion energy dissipation capacity decreases.
Kang, Hyun;Cheon, Na-Rae;Lee, Deuck Hang;Lee, Jungmin;Kim, Kang Su;Kim, Heung-Youl
Computers and Concrete
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v.19
no.5
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pp.537-544
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2017
The strength and deformational capacity of slender reinforced concrete (RC) columns greatly rely on their slenderness ratios, while an additional secondary moment (i.e., the $P-{\delta}$ effect) can be induced especially when the RC column members are exposed to fire. To evaluate the fire-resisting performances of RC columns, this study proposed an axial force-flexural moment (i.e., P-M) interaction curve model, which can reflect the fire-induced slenderness effects and the nonlinearity of building materials considering the level of stress and the magnitude of temperature. The P-M interaction model proposed in this study was verified in detail by comparing with the fire test results of RC column specimens reported in literature. The verification results showed that the proposed model can properly evaluate the fire-resisting performances of RC column members.
Park, Jong-Hyup;Kim, Hoon;Lee, Jae-Hoon;Chung, Young-Soo;Cho, Dae-Yeon
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2001.09a
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pp.194-199
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2001
Lap splice in plastic hinge region is inevitable because of due to constructional joint between footing and column. R/C Circular columns with lap-splice in plastic hinge region are widely used in Korean highway bridges. In addition, these columns which constructed before the seismic design code have a number of structural deficiencies. It is, however, believed that there are not many experimental research works for nonlinear behavior of these columns subjected to earthquake motions. The object of this research is to evaluate the seismic performance of existing circular reinforced concrete bridge piers by the Quasi-static test. Existing reinforced concrete bridge piers were moderate seismically designed in accordance with the conventional provisions of Korea Highway Design Specification. This study has been performed to verify the effect of lap spliced longitudinal steel, confinement steel type and confinement steel ratio far the seismic behavior of reinforced concrete bridge piers. Quasi-static test has been done to investigate the physical seismic performance of RC bridge piers, such as displacement ductility, energy absorption, strength degradation etc.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.04a
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pp.61-64
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2008
Reinforced Concrete structures are constructed under the basic assumption of perfect bonding between steel and concrete. The corrosion of steel in the reinforced concrete columns results in the excessive cracks and gradual deterioration of concrete between steel and concrete. The cyclic loading test was conducted with the three corrosion rates in the laboratory. Throughout this test, it is investigated a bond behavior of reinforced concrete columns under a steel corrosion. Main variables of the test are a corrosion of steel reinforcement and a level of stress.
Kim, Se-Won;Yang, Jeong-Hun;Kim, Ki-Ho;Choi, Hang-Seok
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2009.09a
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pp.1214-1223
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2009
In this study, a composite behavior of stone columns reinforced in soft ground, Sabkha, have been evaluated by a series of field measurements and numerical analysis. Field loading tests were performed to verify the effect of the composite ground reinforced by stone columns in Kayan, Saudi. The settlement measured in the field test was compared with the settlement calculated by the Priebe method and the numerical analysis using ABAQUS. It is found that the settlement estimated using the Priebe method significantly overestimated the settlement measured in the field test. In addition, it is confirmed that consideration of confinement effect exerted by surrounding stone columns in a numerical simulation is indispensable to estimate the settlement of composite ground.
This paper aims to study the behavior of short reinforced concrete columns confined with external glass Fiber Reinforced Polymers (GFRP) sheets under eccentric loads. The experimental part of the study was achieved by testing 9 specimens under eccentric compression. Three eccentricity ratios corresponding to e/t = 0, 0.10, 0.50 in one direction of the column were used. Specimens were divided into three groups. The first group was the control one without confinement. The second group was fully wrapped with GFRP laminates before loading. The third group was wrapped under loading after reaching 75% of failure loads of the control specimens. The third group was investigated in order to represent the practical case of strengthening a loaded column with FRP laminates. All specimens were loaded until failure. The results show that GFRP laminates enhances both failure load and ductility response of eccentrically loaded column. Moreover, the study also illustrates the effect of confinement on the first crack load, lateral deformation, strain in reinforcement and failure pattern. Based on the analysis of the experimental results, a simple model has been proposed to predict the improvement of load carrying capacity under different eccentricity ratios. The predicted equation takes into consideration the eccentricity to cross section depth ratio, the ultimate strength of GFRP, the thickness of wrapping laminate, and the time of wrapping (before loading and under loading). A good correlation was obtained between experimental and analytical results.
This paper presents an experimental study on damage evolution laws of solid-web steel reinforced concrete (SRC) T-shaped columns along the direction of the web under various loadings. Ten specimens with a scale ratio of 1/2 and a shear span ratio of 2.5 were designed and fabricated. The influences of various parameters, including the axial compression ratio, steel ratio, and loading mode, were examined. The mechanical performances including load-displacement curve and energy dissipation capacity under the monotonic and low cyclic loadings were analyzed. Compared with the monotonic loading, bearing capacity, ultimate deformation capacity, and energy dissipation capacity of the specimens decrease to some extent with the increase of the displacement amplitude and the number of loading cycle. The results show that the damage process of the SRC T-shaped column can be divided into five stages, namely non-damage, slight-damage, steadily-developing-damage, severe-damage and complete-damage. Finally, based on the Park-Ang model, a modified nonlinear damage model which combines the maximum deformation with hysteretic energy dissipation is proposed by taking into account the dynamic influence of the aforementioned parameters. The results show that the modified model in this paper is more accurate than Park-Ang model and can better describe the damage evolution of SRC T-shaped columns.
Bairrao, Rogerio;Kacianauskas, Rimantas;Kliukas, Romualdas
Structural Engineering and Mechanics
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v.19
no.5
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pp.581-602
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2005
In this paper the accumulation of local damage during the cyclic loading in reinforced high-strength concrete columns is experimentally investigated. Two identical column specimens with annular cross-section and spiral reinforcement were designed and two tests, up to failure, under the action of a constant vertical concentrated force and a time-dependent concentrated horizontal force, were carried out at the LNEC shaking tables facility. Sine type signals, controlled in amplitude, frequency and time duration were used for these experiments. The concept of local damage based on local stiffness degradation is considered in detail and illustrated by experimental results. The specimens were designed and reinforced in such a way that the accumulation of damage was predicted by dominating deformations (cracking and crushing of the concrete) while the increasing of the loading values was a dominating factor of damage. It was observed that the local damage of HSC columns has exposed their anisotropic local behaviour. The damage accumulation was slightly different from the expected in accordance with the continuum damage concept, and a partial random character was observed.
Nigdeli, Sinan Melih;Bekdas, Gebrail;Kim, Sanghun;Geem, Zong Woo
Structural Engineering and Mechanics
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v.54
no.6
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pp.1097-1109
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2015
A novel optimization approach for reinforced concrete (RC) biaxially loaded columns is proposed. Since there are several design constraints and influences, a new computation methodology using iterative analyses for several stages is proposed. In the proposed methodology random iterations are combined with music inspired metaheuristic algorithm called harmony search by modifying the classical rules of the employed algorithm for the problem. Differently from previous approaches, a detailed and practical optimum reinforcement design is done in addition to optimization of dimensions. The main objective of the optimization is the total material cost and the optimization is important for RC members since steel and concrete are very different materials in cost and properties. The methodology was applied for 12 cases of flexural moment combinations. Also, the optimum results are found by using 3 different axial forces for all cases. According to the results, the proposed method is effective to find a detailed optimum result with different number of bars and various sizes which can be only found by 2000 trial of an engineer. Thus, the cost economy is provided by using optimum bars with different sizes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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