In regions of high seismic risk, high-strength concrete (HSC) columns of tall buildings are designed to be fully ductile during earthquake attack by providing substantial amount of confining steel within the critical region. However. in areas of low to moderate seismic risk, the same provision of confining steel is too conservative because of the reduced seismic demand. More critically, it causes problematic steel congestion in the beam-column joints and column critical region. This will eventually affect the quality of concrete placing owing to blockage. To relieve the problem, the confining steel in the critical region of HSC columns located in low to moderate seismicity regions can be suitably reduced, while maintaining a limited ductility level. Despite the advantage, there are still no guidelines developed for designing limited ductility HSC columns. In this paper, a formula for designing limited ductility HSC columns is presented. The validity of the formula was verified by testing half-scale HSC columns subjected to combined high-axial load and flexure, in which the confining steel was provided as per the proposed formula. From the test results, it is evident that the curvature ductility factors obtained for all these columns were about 10, which is the generally accepted level of limited ductility.
Realistic assessment of the performance of reinforced concrete structural members like columns is needed for designing new structures or maintenance of the existing structural members. This assessment requires analytical capability of employing proper material models and cyclic rules and considering various load and displacement patterns. A computer application was developed to analyze the non-linear, cyclic flexural performance of reinforced concrete structural members under various types of loading paths including non-sequential variations in axial load and bi-axial cyclic load or displacement. Different monotonic material models as well as hysteresis rules, were implemented in a fiber-based moment-curvature and in turn force-deflection analysis, using proper assumptions on curvature distribution along the member, as in plastic-hinge models. Performance of the program was verified against analytical results by others, and accuracy of the analytical process and the implemented models were evaluated in comparison to the experimental results. The computer application can be used to predict the response of a member with an arbitrary cross section and various type of lateral and longitudinal reinforcement under different combinations of loading patterns in axial and bi-axial directions. On the other hand, the application can be used to examine analytical models and methods using proper experimental data.
Park, Si-Sam;Lee, Hoon-Hyun;Yoo, Chung-Sik;Lee, Dae-Young;Lee, Boo-Rak
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2006.03a
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pp.838-845
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2006
Recently construction work in Korea, demands of favorable condition ground had been increased with industrialization acceleration and economic growth. However, because of limited land space, it was so hard to ensure favorable condition grounds that construction work proceeds until soft ground area on plans of road, railroad and industrial complex. In this case, soft ground improvement was required such as a stone column method. Stone column method, making a compaction pile using crushed stone, is a soft ground improvement method. However, stone column method is difficult to apply to the ground which is not mobilized enough lateral confine pressure because no bulging failure resistance. Hence, in present study, evaluates the stone columns reinforced by geogrid for settlement reduction and wide range of application of stone columns. Triaxial compression tests were conducted for evaluation which is about behavior characteristics of stone column on replacement rate. Then, 3-dimensional numerical analysis were conducted for application of stone column reinforced by geogrid as evaluate behavior characteristics and settlement reduction effect of stone column reinforced by geogrid on reinforcing depth change of geogrid.
The problems associated with constructing high-speed concrete track embankments over soft compressible soil has lead to the development and/or extensive use of many of the ground improvement techniques used today. Drains, surcharge loading, and geosynthetic reinforcement, have all been used to solve the settlement and embankment stability issues associated with construction on soft soils. Geosynthetic-reinforced embankment supporting piles method consist of vertical columns that are designed to transfer the load of the embankment through the soft compressible soil layer to a firm foundation and one or more layers of geosynthetic reinforcement placed between the top of the columns and the bottom of the embankment. In the paper, the evaluations of a seismic performance of geosynthetic-reinforced embankment piles for a ultra soft ground during earthquake were studied. the equivalent linear analysis was performed by SHAKE for soft ground. A seismic performance analysis of Piles was performed by GROUP PILE and PLAXIS for geosynthetic-reinforced embankment piles. Guidelines is required for pile displacement during earthquake. Conclusions of the studies come up with a idea for soil stiffness, conditions of pile cap, pile length and span.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.35
no.3
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pp.159-166
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2022
In this study, slender reinforced concrete columns subjected to high temperatures and eccentric axial loads are evaluated by finite element analysis employing Abaqus (a finite element analysis program). Subsequently, the analysis results are compared and assessed. The sequentially coupled thermal stress analysis provided by Abaqus was employed to reflect the condition of an axially loaded column exposed to fire. First, heat transfer analysis was performed on the column cross-section. After verifying the results, another analysis was conducted: the cross-section was transformed into a three-dimensional element and then structural analyzed. In the analysis process, the column was modeled by accounting for the effects of tension stiffening and initial imperfection that could affect convergence and accuracy. The analysis results were compared with 74 experimental records, and an average error of 6% was observed based on the fire exposure and resistance. The foregoing indicates that the fire resistance performance of reinforced concrete columns can be predicted through finite element analysis.
Mohsen A. Shayanfar;Mohammad Ghanooni-Bagha;Solmaz Afzali
Computers and Concrete
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v.34
no.4
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pp.393-408
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2024
In recent decades the strengthening of reinforced concrete (RC) structural elements using Fiber-reinforced polymer (FRP) has received much attention. The behavior of RC elements can vary from axial compression to pure bending, depending on their loading. When the compressive behavior is dominant, the FRP jacket application is common, but when the flexural behavior is prevalent, the codes consider the FRP jacket ineffective. Codes suggest applying FRP bars or strips as Near-surface Mounted (NSM) or Externally Bonded (EB) in the tensile face to strengthen the beams under flexure. To strengthen the columns in tension-control mode, some researchers have suggested NSM FRP bars in both tension and compression faces alone or with the FRP jacket (hybrid). However, the number of tests that evaluate the pure bending of the strengthened columns as one of the pivotal points of the axial force-moment interaction curve is limited. In this paper, 11 RC elements strengthened using the NSM (in both tension and compression faces) or hybrid method were subjected to bending to assess the effect of the amount and material type of the FRP bar and jacket and the dimensions of the groove. The test results revealed that the NSM method increased the flexural capacity of the members between 10% to 50%. Furthermore, using the hybrid method increased the capacity between 51% to 91%. Finally, an analytical model was presented considering the effect of the NSM FRP bond in different circumstances, and its results were in good agreement with the experimental results.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2006.05a
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pp.502-505
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2006
The Purpose of this study is to offer an appropriate and reliable safety evaluation method the reinforced concrete members like as reinforced concrete deep beams and reinforced concrete columns, etc. A nonlinear finite element analysis program named RCAHEST (Reinforced Concrete Analysis in Higher Evaluation System Technology) was used to evaluate the ultimate strength analytically for the reinforced concrete members that have complicated mechanical behaviors. The nonlinear material model for the reinforced concrete is composed of models for characterizing the behavior of the concrete, in addition to a model for characterizing the reinforcing bars. The proposed numerical method for the safety evaluation of reinforced concrete bridge structures that is consisted of reinforced concrete member is verified by comparison with reliable experimental results.
The present study is an experimental investigation into the behaviour of high strength concrete square short columns subjected to biaxial bending moments and strengthened by GFRP laminates. The main objectives of the study are: to evaluate the improvement in the structural performance of HSC short square columns subjected to small biaxial eccentricity when strengthened by externally applied FRP laminates, and to investigate the optimum arrangement and amount of FRP laminates to achieve potential enhancement in structural performance especially ductility. The parameters considered in this study are: number of FRP layers and arrangement of wraps. The load eccentricity is kept corresponding to e/t = 0.125 in two perpendicular directions to the columns principal axes, and the wraps are applied in single or double layers (partial or full wrapping). In the present work, test results of five full scale concrete columns are presented and discussed. The study has shown that FRP wraps can be used successfully to enhance the ductility of HSC columns subjected to biaxial bending by 300%.
This paper describes fire performance of eight axially restrained reinforced concrete (RC) columns under a combination of two different load ratios and two different axial restraint ratios. The eight RC columns were all concentrically loaded and subjected to ISO834 standard fire on all sides. Axial restraints were imposed at the top of the columns to simulate the restraining effect of the rest of the whole frame. The axial restraint was effective when the column was expanding as well as contracting. As the results of the experiments have shown, the stiffness of the axial restraint and load level play an important role in the fire behaviors of both HSC and NSC columns. It is found that (a) the maximum deformations during expanding phase were influenced mostly by load ratio and hardly by axial restraint ratio, (b) For a given load ratio, axial restraint ratio had a great impact on the development of axial deformation during contraction phase beyond the initial equilibrium state, (c) increasing the axial restraint increased the value of restraint force generated in both the NSC and HSC columns, and (d) the development of column axial force during the contracting and cooling phase followed nearly parallel trend for columns under the same load ratio.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.18
no.2E
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pp.79-87
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2006
The main objective of this research is to examine the behavior of high-strength concrete(HSC) columns. Eight test columns in one-third scale were tested under the conditions of cyclic lateral force and a constant axial load equal to 30% of the column axial load capacity. The $200{\times}200mm$ square columns were reinforced with eight DB bars constituting a longitudinal steel ratio of 2.54% of the column cross-sectional area. The main experimental parameters were volumetric ratio of transverse reinforcement(${\rho}_s$=1.58, 2.25 percent), tie configuration(Type H, Type C, Type D) and tie yield strength($f_{yh}$=548.8 and 779.1 MPa). It was found that the hysteretic behaviour and ultimate deformability of HSC columns were influenced by the amount and details of transverse reinforcement in the potential plastic hinge regions. Columns of transverse reinforcement in the amount 42 percent higher than that required by seismic provisions of ACI 318-02 showed ductile behavior. At 30% of the axial load capacity, it is recommended that the yield strength of transverse reinforcement be held equal to or below 548.8 MPa. Correlations between the calculated damage index and the damage progress are proposed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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