Kota, Sai Kubair;Rama, J.S. Kalyana;Murthy, A. Ramachandra
Earthquakes and Structures
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v.17
no.2
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pp.221-232
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2019
Material non-linearity of Reinforced Concrete (RC) framed structures is studied by modelling concrete using the Concrete Damage Plasticity (CDP) theory. The stress-strain data of concrete in compression is modelled using the Hsu model. The structures are analyzed using a finite element approach by modelling them in ABAQUS / CAE. Single bay single storey RC frames, designed according to Indian Standard (IS):456:2000 and IS:13920:2016 are considered for assessing their maximum load carrying capacity and failure behavior under the influence of gravity loads and lateral loads. It is found that the CDP model is effective in predicting the failure behaviors of RC frame structures. Under the influence of the lateral load, the structure designed according to IS:13920 had a higher load carrying capacity when compared with the structure designed according to IS:456. Ultra High Performance Fiber Reinforced Concrete (UHPFRC) strip is used for strengthening the columns and beam column joints of the RC frame individually against lateral loads. 10mm and 20mm thick strips are adopted for the numerical simulation of RC column and beam-column joint. Results obtained from the study indicated that UHPFRC with two different thickness strips acts as a very good strengthening material in increasing the load carrying capacity of columns and beam-column joint by more than 5%. UHPFRC also improved the performance of the RC frames against lateral loads with an increase of more than 3.5% with the two different strips adopted. 20 mm thick strip is found to be an ideal size to enhance the load carrying capacity of the columns and beam-column joints. Among the strengthening locations adopted in the study, column strengthening is found to be more efficient when compared with the beam column joint strengthening.
Jae-Min Kim;Sang-Hoon Lee;Jae Hyun Kim;Kang Su Kim
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.27
no.5
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pp.105-112
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2023
Steel fiber reinforced concrete (SFRC) exhibits enhanced strength and superior energy dissipation capacity compared to normal concrete, and it can also reduce crack propagation and fragmentation of concrete even when subjected to blast loads. In this study, the parameters defining failure surface and damage function of the K&C concrete nonlinear model were proposed to be applied for the properties of SFRC in LS-DYNA. Single element analysis has been conducted to validate the proposed parameters in the K&C model, which provided very close simulations on the compressive behavior of SFRC. In addition, blast analysis was performed on SFRC columns with different volume fractions of steel fibers, and the blast resistance of SFRC columns was quantitatively analyzed with Korea Occupational Safety & Health Agency (KOSHA) guidelines.
Lee Jae-Hoon;Jung Chul-Ho;Ko Seong-Hyun;Son Hyeok-Soo
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.16
no.1
s.79
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pp.111-124
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2004
This research is a part of a research program to verify the seismic performance of circular reinforced concrete bridge columns with respect to longitudinal steel connection details under cyclic lateral load. A total of 21 column specimens were constructed and tested. Main variables in this test program were longitudinal steel connection details(continuous, lap-spliced, and mechanically connected), confinement steel ratio, and axial force ratio, etc. The test results of the columns with different longitudinal steel connection details showed different failure mode, strength degradation, and seismic performance. From the quasi-static test, it was found that the columns with all longitudinal reinforcement lap-spliced showed significantly reduced ductility. However, seismic performance of the columns with half of longitudinal reinforcement lap-spliced showed limited ductility but much more ductile behaviour than the columns with all longitudinal reinforcement lap-spliced. It was also found that the seismic performance, failure mode and strength degradation of columns with mechanical connected longitudinal reinforcement were similar to those of columns with continuous longitudinal reinforcement.
To explore the feasibility of eliminating the longitudinal rebars and stirrups by using ultra-high-performance fiber reinforcement concrete (UHPFRC) in concrete encased steel composite stub column, compressive behavior of UHPFRC encased steel stub column has been experimentally investigated. Effect of concrete types (normal strength concrete, high strength concrete and UHPFRC), fiber fractions, and transverse reinforcement ratio on failure mode, ductility behavior and axial compressive resistance of composite columns have been quantified through axial compression tests. The experimental results show that concrete encased composite columns with NSC and HSC exhibit concrete crushing and spalling failure, respectively, while composite columns using UHPFRC exhibit concrete spitting and no concrete spalling is observed after failure. The incorporation of steel fiber as micro reinforcement significantly improves the concrete toughness, restrains the crack propagation and thus avoids the concrete spalling. No evidence of local buckling of rebars or yielding of stirrups has been detected in composite columns using UHPFRC. Steel fibers improve the bond strength between the concrete and, rebars and core shaped steel which contribute to the improvement of confining pressure on concrete. Three prediction models in Eurocode 4, AISC 360 and JGJ 138 and a proposed toughness index (T.I.) are employed to evaluate the compressive resistance and post peak ductility of the composite columns. It is found that all these three models predict close the compressive resistance of UHPFRC encased composite columns with/without the transverse reinforcement. UHPFRC encased composite columns can achieve a comparable level of ductility with the reinforced concrete (RC) columns using normal strength concrete. In terms of compressive resistance behavior, the feasibility of UHPFRC encased steel composite stub columns with lesser longitudinal reinforcement and stirrups has been verified in this study.
Concrete filled steel tubular columns (CFT) are widely used in civil engineering works, especially in large scale of works because of high strength, deformation, toughness and so on. On the other hand, as a kind of strengthening measure for seriously damaged reinforced concrete piers of viaduct in Hansin-Awaji earthquake of Japan in 1995, reinforced concrete piers were wrapped with steel plate. Then, a new kind of structure appeared, that is, reinforced concrete filled steel tubular column (RCFT). In this paper, compression test and bending-shearing test on RCFT are carried out. The main parameters of experiments are (1) strength of concrete, (2) steel tube with or without rib, (3) width-thickness ratio and (4) arrangement of reinforcing bars. According to the experimental results, the effect of parameters on mechanical characteristics of RCFT is analyzed clearly. At the same time, strength evaluation formula for RCFT column is proposed and tested by experimental results and existed recommendations (AIJ 1997). The strength calculated by the proposal formula is in good agreement with test result. As a result, the proposed evaluation formula can evaluate the strength of RCFT column properly.
Won, Deok Hee;Han, Taek Hee;Kim, Seungjun;Park, Woo-Sun;Kang, Young Jong
Computers and Concrete
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v.17
no.3
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pp.387-406
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2016
Confined transverse reinforcement was arranged in a plastic hinge region to resist the lateral load that increased the lateral confinement effect in the bridge substructure. Columns increased the seismic performance through securing stiffness and ductility. The calculation method of transverse reinforcements at plastic hinges is reported in the AASHTO-LRFD specification. This specification was only proposed for solid reinforced concrete (RC) columns. Therefore, if this specification is applied for another column as composite column besides the solid RC column, the column cannot be properly evaluated. The application of this specification is particularly limited for composite hollow RC columns. The composite hollow RC column consists of transverse, longitudinal reinforcements, cover concrete, core concrete, and an inner tube inserted in the hollow face. It increases the ductility, strength, and stiffness in composite hollow RC columns. This paper proposes a modified equation for economics and rational design through investigation of displacement ductility when applying the existing specifications at the composite hollow RC column. Moreover, a parametric study was performed to evaluate the detailed behavior. Using these results, a calculation method of economic transverse reinforcements is proposed.
Bridge columns are subjected to combined actions of axial force, shear force and bending moment during earthquakes, caused by spatially-complex earthquake motions, features of structural configurations and the interaction between input and response characteristics. Combined actions can have significant effects on the force and deformation capacity of RC columns, resulting in unexpected large deformations and extensive damage that in turn influences the performance of bridges as vital components of transportation systems. This paper evaluates the seismic response of three prototype reinforced concrete bridges using comprehensive numerical models that are capable of simulating the complex soil-structural interaction effects and nonlinear behavior of columns. An analytical approach that can capture the shear-flexural interacting behavior is developed to model the realistic nonlinear behavior of RC columns, including the pinching behavior, strength deterioration and stiffness softening due to combined actions of shear force, axial force and bending moment. Seismic response analyses were conducted on the prototype bridges under suites of ground motions. Response quantities of bridges (e.g., drift, acceleration, section force and section moment etc.) are compared and evaluated to identify the effects of vertical motion, structural characteristics and the shear-flexural interaction on seismic demand of bridges.
An investigation of the effectiveness of the interface treatment when column concrete jacketing is performed is presented. Alternative methods of interface connection were used in order to investigate the performance of strengthened concrete columns. These connecting techniques involved roughening the surface of the original column, embedding steel dowels into the original column and a combination of these two techniques. The experimental program included three strengthened specimens, one original specimen (unstrengthened) and one as-built specimen (monolithic). The specimens represented half height full-scale old Greek Code (1950's) designed ground floor columns of a typical concrete frame building. The jackets of the strengthened specimens were constructed with shotcrete. All specimens were subjected to displacement controlled earthquake simulation loading. The seismic performance of the strengthened specimens is compared to both the original and the monolithic specimens. The comparison was performed in terms of strength, stiffness and hysteretic response. The results demonstrate the effectiveness of the strengthening methods and indicate that the proper construction of a jacket can improve the behaviour of the specimens up to a level comparable to monolithic behaviour. It was found that different methods of interface treatment could influence the failure mechanism and the crack patterns of the specimens. It was also found that the specimen that combined roughening with dowel placement performed the best and all strengthened columns were better at dissipating energy than the monolithic specimen.
The primary objective of this study was to identify concrete contribution to the initial shear strength of reinforced concrete (RC) hollow columns under lateral loading. Seven large-scale RC rectangular hollow column specimens were tested under monotonic or cyclic lateral loads. The most important design parameter was column length-to-depth aspect ratio ranging between 1.5 and 3.0, and the other test variables included web area ratio, hollow section ratio, and loading history. The tests showed that the initial shear strength reduced in a linear pattern as the column aspect ratio increased, and one specimen tested under cyclic loading achieved approximately 83% of the shear strength of the companion specimen under monotonic loading. Also, several pioneering shear models proposed around the world, all of which were mainly based on tests for columns with solid sections, were reviewed and compared with the test results of this study, for their possible applications to columns with hollow sections. After all, an empirical equation was proposed for concrete contribution to the initial shear strength of RC hollow columns based on fundamental mechanics and the test results.
This study proposed a new type of concrete column that was confined with both steel angles and spiral hoops, named angle-steel and spiral confined concrete (ASCC) column. A total of 22 ASCC stub columns were tested under axial compression to investigate their behavior. For a comparison, three angle-steel reinforced concrete (ARC) stub columns were also tested. The test results indicated that ASCC column had a superior mechanical performance. The strength, ductility and energy absorption were considerably increased due to the improvement of confinement from spiral hoops. The confinement behavior and failure mechanism of ASCC column were investigated by the analysis of failure mode, load-deformation curve and section-strain distribution. Parametric studies were carried out to examine the influences of different parameters on the axial compression behavior of ASCC columns. A calculation approach was developed to predict the ultimate load carrying capacity of ASCC columns under axial compression. It was validated that the predicted results were in well agreement with the experimental results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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