Ji, Xiaodong;Zhang, Mingliang;Kang, Hongzhen;Qian, Jiaru;Hu, Hongsong
Earthquakes and Structures
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v.7
no.2
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pp.179-199
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2014
The steel tube-reinforced concrete (ST-RC) composite column is a novel type of composite column, consisting of a steel tube embedded in reinforced concrete. The objective of this paper is to investigate the effect of cumulative damage on the seismic behavior of ST-RC columns through experimental testing. Six large-scale ST-RC column specimens were subjected to high axial forces and cyclic lateral loading. The specimens included two groups, where Group I had a higher amount of transverse reinforcement than Group II. The test results indicate that all specimens failed in a flexural mode, characterized by buckling and yielding of longitudinal rebars, failure of transverse rebars, compressive crushing of concrete, and steel tube buckling at the base of the columns. The number of loading cycles was found to have minimal effect on the strength capacity of the specimens. The number of loading cycles had limited effect on the deformation capacity for the Group I specimens, while an obvious effect on the deformation capacity for the Group II specimens was observed. The Group I specimen showed significantly larger deformation and energy dissipation capacities than the corresponding Group II specimen, for the case where the lateral cyclic loads were repeated ten cycles at each drift level. The ultimate displacement of the Group I specimen was 25% larger than that of the Group II counterpart, and the cumulative energy dissipated by the former was 2.8 times that of the latter. Based on the test results, recommendations are made for the amount of transverse reinforcement required in seismic design of ST-RC columns for ensuring adequate deformation capacity.
This paper presents some shaking table tests conducted on a 1/4-scaled model with 5-story steel reinforced concrete (SRC) spatial frame with irregular section columns under a series of base excitations with gradually increasing acceleration peaks. The test frame was subjected to a sequence of seismic simulation tests including 10 white noise vibrations and 51 seismic simulations. Each seismic simulation was associated with a different level of seismic disaster. Dynamic characteristic, strain response, acceleration response, displacement response, base shear and hysteretic behavior were analyzed. The test results demonstrate that at the end of the loading process, the failure mechanism of SRC frame with irregular section columns is the beam-hinged failure mechanism, which satisfies the seismic code of "strong column-weak beam". With the increase of acceleration peaks, accumulated damage of the frame increases gradually, which induces that the intrinsic frequency decreases whereas the damping ratio increases, and the peaks of acceleration and displacement occur later. During the loading process, torsion deformation appears and the base shear grows fast firstly and then slowly. The hysteretic curves are symmetric and plump, which shows a good capacity of energy dissipation. In summary, SRC frame with irregular section columns can satisfy the seismic requirements of "no collapse under seldom earthquake", which indicates that this structural system is suitable for the construction in the high seismic intensity zone.
The present study simplified the moment-curvature relationship to straightforwardly determine the flexural behavior of reinforced concrete (RC) columns. For the idealized column section, moments and neutral axis depths at different stages(first flexural crack, yielding of tensile reinforcing bar, maximum strength, and 80% of the maximum strength at the descending branch) were derived on the basis of the equilibrium condition of forces and compatibility condition. Concrete strains at the extreme compression fiber beyond the maximum strength were determined using the stress-strain relationship of confined concrete, proposed by Kim et al. The lateral load-displacement curves converted from the simplified moment-curvature relationship of columns are well consistent with test results obtained from column specimens under various parameters. The moments and the corresponding neutral axis depth at different stages were formulated as a function of longitudinal reinforcement and transverse reinforcement indices and/or applied axial load index. Overall, curvature ductility of columns was significantly affected by the axial load level as well as concrete compressive strength and the amount of longitudinal and transverse reinforcing bars.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.10
no.4
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pp.49-57
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2010
This study is the research appling the representative Displacement-Based Design which is the basic concept of Direct Displacement Based Design proposed by Chopra and Goel to original Reinforced Concrete structure and determining the thickness of retrofit Steel Jacket about the Maximum design ground acceleration, and developing the more improved Algorithm as well as program by the Retrofit Design method and Nonlinear analysis by the Performance design method before and after reinforcement appling the determined retrofit thickness. To predict the target displacement of retrofitted columns, a nonlinear analysis model of reinforced concrete columns has been developed to be based on the nonlinear fiber cross-sectional and segmental analysis model, and the seismic displacement level of retrofitted columns is estimated by two procedures, the direct displacement-based design method and the displacement coefficient method. In examples of seismic retrofit design, the current seismic improved design method gives good results in improvements of displacement levels and displacement ductilities of retrofitted columns.
This paper presents a computational rational model to predict the ultimate and optimized load capacity of reinforced concrete (RC) beams strengthened by a combination of longitudinal and transverse fiber reinforced polymer (FRP) composite plates/sheets (flexure and shear strengthening system). Several experimental and analytical studies on the confinement effect and failure mechanisms of fiber reinforced polymer (FRP) wrapped columns have been conducted over recent years. Although typical axial members are large-scale square/rectangular reinforced concrete (RC) columns in practice, the majority of such studies have concentrated on the behavior of small-scale circular concrete specimens. A high performance concrete, known as polymer concrete, made up of natural aggregates and an orthophthalic polyester binder, reinforced with non-metallic bars (glass reinforced polymer) has been studied. The material is described at micro and macro level, presenting the key physical and mechanical properties using different experimental techniques. Furthermore, a full description of non-metallic bars is presented to evaluate its structural expectancies, embedded in the polymer concrete matrix. In this paper, the mechanism of mechanical interaction of smooth and lugged FRP rods with concrete is presented. A general modeling and application of various elements are demonstrated. The contact parameters are defined and the procedures of calculation and evaluation of contact parameters are introduced. The method of calibration of the calculated parameters is presented. Finally, the numerical results are obtained for different bond parameters which show a good agreement with experimental results reported in literature.
Kim, Sang-Woo;Kim, Kyeong-Min;Kim, Geon-Woo;Lee, Su-Young;Kim, Jin-Sup
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.25
no.4
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pp.12-19
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2021
Recently, with frequent earthquakes around the world, research on seismic design and seismic reinforcement of reinforced concrete facilities has been actively conducted from earthquakes. In particular, columns, which are compressed members of reinforced concrete structures, are vulnerable to lateral forces caused by earthquakes, so an appropriate seismic reinforcement method is required. Therefore, this study intended to develop Velcro seismic reinforcement method that is quick and easy to construct. For the development of Velcro seismic reinforcement, the adhesion and tensile strength of the existing industrial velcro was improved. A direct tensile test was also conducted to compare the tensile performance of the newly-developed velcro seismic reinforcement to industrial one. In addition, numerical analysis was performed to predict the seismic performance of RC columns reinforced by industrial and newly-developed velcro. Based on the analysis results, the strength and ductility of the non-seismic and velcro-reinforced RC column were reviewed. The analysis confirmed that both the strength and ductility of non-seismic RC columns reinforced by industrial and newly-developed velcro increased, but the seismic performance of the newly-developed Velcro reinforcement is better than that of industrial velcro.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2001.11a
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pp.941-946
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2001
The objectives of this study are to investigate effective stiffness of Rectangular reinforced concrete bridge columns. It is reasonable to use yielding effective stiffness of columns in seismic bridge design, especially in case that plastic hinges form at the bridge columns. In this study, the material nonlinear analysis was conducted for 3, 240 column sections of which variables were the concrete compressive stress, the steel yielding stress, the longitudinal steel location parameter, the longitudinal steel ratio, the axial load level, and the diameter of section. Based on the analytical results, an effective stiffness including two variables(longitudinal steel ratio and axial load ratio) was proposed by regression analyses, and it is compared with test results and the proposed equation for yielding effective stiffness of circular bridge columns.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2006.05a
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pp.246-249
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2006
This paper presents experimental studies on investigating the seismic retrofit performance of reinforced concrete rectangular columns with poor lap-splice details using GFRP wrapping. Six columns have been tested. The GFRP retrofitted columns with same 7.5 mm thickness have two section shapes, i.e., rectangular and elliptical sections. The GFRP height was changed from 450 mm to 900 mm. The performance of GFRP retrofitted columns which have different shapes and height are verified.
A new concrete confinement model is developed to predict the axial load versus displacement behavior of circular columns under concentric axial load. The new confinement model is proposed for concrete filled steel tube columns as well as circular reinforced concrete columns with steel tube jacketing. Existing confinement models were evaluated and improved using available experimental data from different sets of columns tested under similar loading conditions. The proposed model is based on commonly used confinement models with an emphasis on modifying the effective confining pressure coefficient utilizing the strength of the unconfined concrete and the steel tube, the length of the column, and the thickness of the steel tube. The proposed model predicts the ultimate axial strength and the corresponding strain with an acceptable degree of accuracy while also highlighting the importance of the manner in which the steel tube is used.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.7
no.2
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pp.239-246
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2003
In the PCA Load Contour Method, the biaxial bending design coefficient of columns(${\beta}$) is based on the equivalent rectangular stress block (RSB). And coefficient of ${\beta}$ estimates the reinforcement index to be a influencing parameter on biaxial moment strength of RC columns without considering the arbitrary condition of bar arrangement. The experimental results of high strength concrete (HSC) columns subjected to combined axial load and biaxial bending moment were compared to the analysis results of RSB method. As result, the accuracy of RSB method is still acceptable for HSC columns and, as the reinforcement is placed densely in each corner of column section, the ${\beta}$ is decreased.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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