Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.28
no.1
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pp.41-46
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2024
The current study investigates the seismic performance of shear-dominant RC columns retrofitted with iron-based shape memory alloy (Fe SMA). Three RC columns with insufficient transverse reinforcement were designed and fabricated for lateral cyclic loading tests. Before testing, two specimens were externally confined with carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) sheets and self-prestressed Fe SMA strips. The test results showed that both CFRP and Fe SMA performed well in preventing severe shear failure exhibited by the unretrofitted control specimen. Furthermore, the two retrofitted specimens showed ductile flexural responses up to the drift ratios of ±8%. In terms of damage control, however, the Fe SMA confinement was superior to CFRP confinement in that the spalling of concrete was much less and that the rupture of confinement did not occur.
Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) is one of the materials used to strengthen steel structures. Most studies on strengthening steel structures have been done on steel beams and steel columns. No independent study, to the researcher's knowledge, has studied the effect of CFRP strengthening on steel beam-columns, and it seems that there is a lack of understanding on behavior of CFRP strengthening on steel beam-columns. However, this study explored the use of adhesively bonded CFRP flexible sheets on retrofitting square hollow section (SHS) steel beam-columns, using numerical investigations. Finite Element Method (FEM) was employed for modeling. To determine the ultimate load of SHS steel beam-columns, ten specimens, eight of which were strengthened with the different coverage length and with one and two CFRP layers, with two types of section (Type A and B) were analyzed. ANSYS was used to analyze the SHS steel beam-columns. The results showed that the CFRP composite had no similar effect on the slender and stocky SHS steel beam-columns. The results also showed that the coverage length, the number of layers, and the location of CFRP composites were effective in increasing the ultimate load of the SHS steel beam-columns.
This experimental investigation was conducted to examine the behavior and response of high-strength material (HSM) reinforced concrete (RC) columns under combined high-axial and cyclic-increasing lateral loads. All the columns use high-strength concrete ($f_c{^{\prime}}$=100MPa) and high-yield strength steel ($f_y$=685MPa and $f_y$=785MPa) for both longitudinal and transverse reinforcements. A total of four full-scale HSM columns with amount of transverse reinforcement equal to 100% more than that required by earthquake resistant design provisions of ACI-318 were tested. The key differences among those four columns are the spacing and configuration of transverse reinforcements. Two different constant axial loads, i.e. 60% and 30% of column axial load capacity, were combined with cyclically-increasing lateral loads to impose reversed curvatures in the columns. Test results show that columns under 30% of axial load capacity behaved much more ductile and had higher lateral deformational capacity compared to columns under the 60% of axial load capacity. The columns using closer transverse reinforcement spacing have slightly higher ductility than columns with larger spacing.
Enhanced vertical load capacity of the ground reinforced with the stone columns drew great attention by the researchers as it deals with many of the geotechnical difficulties associated with the weak ground. Recently, it has been found that the stone columns are also prone to fail under the shear load when employed beneath the embankments or the foundations susceptible to lateral loads. In this study, the effect of various encasement conditions on the lateral deflection of stone columns is investigated. A method of dual layers of encasement has been introduced and its the effect on lateral load capacity of the stone columns has been compared with those of the single encased stone column and the un-encased stone columns. Large shear box tests were utilised to generate the shear deformation on the soil system under various normal pressure conditions. The stiffness of the soil-stone column combined system has been compared for various cases of encasement conditions with different diameters. When subjected to lateral deformation, the encased columns outperformed the un-encased stone columns installed in loose sand. Shear stress resistance is up to 1.7 times greater in dual-layered, encased columns than in unencased columns. Similarly, the secant modulus increases as the condition changes from an unencased stone column to single-layer encasement and then to dual-layer encasement, indicating an improvement in the overall soil-stone column system.
This paper aims to investigate the seismic performance of RC short columns and long columns with welding stirrups. Through the low-cyclic horizontal loading test of specimens, the seismic performance indexes such as failure modes, hysteretic curve, skeleton curve, ductility, energy dissipation capacity, stiffness degradation and strength degradation were emphatically analyzed. Furthermore, the effects of shear span ratio, stirrups ratio and axial compression ratio on the performance of specimens were studied. The results showed that the seismic performance of the RC short columns with welding stirrups were basically the same as that of the RC short columns with traditional stirrups, but the seismic performance of RC long columns with welding stirrups was better than that of RC long columns with traditional stirrups. The seismic performance of RC short columns and long columns with welding stirrups could be improved by increasing stirrup ratio and shear span ratio and reducing axial pressure ratio. Moreover, the welding stirrup have the advantages of steel saving, industrialization and standardization production, convenient construction, and reducing time, which indicated that the welding stirrups could be applied in practical engineering.
Reinforced concrete (RC) bridge columns are typically designated as the primary source of energy dissipation for a bridge structure during an earthquake. Therefore, seismic repair of RC bridge columns has been studied extensively during the past several decades. On the other hand, few studies have been conducted to evaluate how repaired column members influence the system-level response of an RC bridge structure in subsequent earthquakes. In this study, a numerical model was established to simulate the response of two large-scale RC columns, repaired using different techniques, reported in the literature. The columns were implemented into a prototype bridge model that was subjected to earthquake loading. Incremental dynamic analysis (IDA) and fragility analysis were conducted on numerical bridge models to evaluate the efficacy of the repairs and the post-repair seismic performance of the prototype bridge that included one or more repaired columns in various locations. For the prototype bridge herein modeled, the results showed that a confinement-enhanced oriented repair would not affect the seismic behavior of the prototype bridge. Increasing the strength of the longitudinal reinforcement could effectively reduce the drift of the prototype bridge in subsequent earthquakes. A full repair configuration for the columns was the most effective method for enhancing the seismic performance of the prototype bridge. To obtain a positive effect on seismic performance, a minimum of two repaired columns was required.
An experimental study was conducted to investigate the effectiveness of transverse reinforcement in reinforced concrete tied columns subjected to monotonically increasing axial compression. Eighteen large-scale columns(260$\times$260$\times$1200 mm) were tested. Effects of main variables such as the concrete compressive strength, the tie configuration, the transverse reinforcement ratio, the tie spacing, and the spatting of the concrete cover were considered. High-strength concrete columns under concentric axial loads show extremely brittle behavior unless the columns are confined with transverse reinforcement that can provide sufficiently high lateral confinement pressure There is a consistent decrease in deformability of column specimen with increasing concrete strength. Test results were compared with the previous confinement model such as modified Kent-Park, Sheikh-Uzumeri, Mander, and Saatcioglu-Razvi model. The comparison indicates that many previous models for confined concrete overestimate or underestimate the ductility of confined concrete.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.12
no.1
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pp.21-28
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2008
The CFT (Concrete Filled Steel Tube) columns became popular in high rise building construction due to not only its composite effect but also economic advantage. However, it has been pointed out in various previous researches that the current practice in CFT columns may lead the steel tube to probable local buckling at critical sections of the columns right after yielding. To resolve such a problem, the TR-CFT (Transversely Reinforced Concrete Filled Steel Tube) column is proposed to control or at least delay the local buckling state at the critical section by wrapping the CFT columns with carbon fiber sheet. The validity of the proposed column system is validated through the present paper by observing the experimental performance and comparing it with the analytical prediction of the TR-CFT columns with hish strength concrete. It is also shown that the current design code provisions such as ACI-318, in which the contribution of concrete confining effect filled in steel tube is not appropriately accounted for, may contain too much conservatism.
Experimental investigations on the seismic behaviors of the PVC-FRP Confined Reinforced Concrete (PFCRC) columns under low cyclic loading are carried out and two variable parameters including CFRP strips spacing and axial compression ratio are considered. The PFCRC column finally fails by bending and is characterized by the crushing of concrete and yielding of the longitudinal reinforcement, and the column with a high axial compression ratio is also accompanied by the cracking of the PVC tube and the fracture of CFRP strips. The hysteretic curves and skeleton curves of the columns are obtained from the experimental data. With the increase of axial compression ratio, the stiffness degradation rate accelerates and the ductility decreases. With the decrease of CFRP strips spacing, the unloading sections of the skeleton curves become steep and the ductility reduces significantly. On the basis of fiber model method, a numerical analysis approach for predicting the skeleton curves of the PFCRC columns is developed. Additionally, a simplified skeleton curve including the elastic stage, strengthening stage and unloading stage is suggested depending on the geometric drawing method. Moreover, the loading and unloading rules of the PFCRC columns are revealed by analyzing the features of the skeleton curves. The quantitative expressions that are used to predict the unloading stiffness of the specimens in each stage are proposed. Eventually, an analytical model for the PFCRC columns under low cyclic loading is established and it agrees well with test data.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.35
no.5
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pp.287-297
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2022
This paper presents experimental and analytical studies on the lateral cyclic behavior of RC columns actively confined with iron-based shape memory alloy (Fe-SMA) strips. Based on the Anexperimental study, we investigated the effectiveness of active confinement through compression testings of concrete cylinders confined by Fe SMA strips and carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) sheets. The test results showed that the specimens confined with Fe SMA strips significantly increased the deformation capacity of the concrete, even under lower confining pressures, compared to those specimensconfined with CFRP sheets. The experimental results were used to develop finite-element models of RC columns confined with Fe SMA or CFRP in their plastic-hinge region. After validating the proposed analytical model through comparison with the results from a previous RC column test, a series of lateral cyclic load analyses were carried out for the RC columns confined with Fe SMA and CFRP. The analytical results revealed that the lateral cyclic behavior of the Fe SMA-confined column was greatly enhanced in terms of deformation and energy dissipation capacities compared with tothat of the as-built and CFRP-confined columns.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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