Zhang, Yitian;Shan, Bo;Kang, Thomas H.K.;Xiao, Yan
Steel and Composite Structures
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v.38
no.2
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pp.165-176
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2021
Existing research on confined concrete filled steel tubular (CCFT) columns has been mainly focused on static or cyclic loading. In this paper, square section CCFT and CFT columns were tested under both static and impact loading, using a 10,000 kN capacity compression test machine and a drop weight testing equipment. Research parameters included bonded and unbonded fiber reinforced polymer (FRP) wraps, with carbon, basalt and glass FRPs (or CFRP, BFRP, and GFRP), respectively. Time history curves for impact force and steel strain observed are discussed in detail. Experimental results show that the failure modes of specimens under impact testing were characterized by local buckling of the steel tube and cracking at the corners, for both CCFT and CFT columns, similar to those under static loading. For both static and impact loading, the FRP wraps could improve the behavior and increase the loading capacity. To analyze the dynamic behavior of the composite columns, a finite element, FE, model was established in LS-DYNA. A simplified method that is compared favorably with test results is also proposed to predict the impact load capacity of square CCFT columns.
This paper presents an experimental work on the post-fire behavior of two kinds of innovative composite stub columns under eccentric compression. The partially precast steel reinforced concrete (PPSRC) column is composed of a precast outer-part cast using steel fiber reinforced reactive powder concrete (RPC) and a cast-in-place inner-part cast using conventional concrete. Based on the PPSRC column, the hollow precast steel reinforced concrete (HPSRC) column has a hollow column core. With the aim to investigate the post-fire performance of these composite columns, six stub column specimens, including three HPSRC stub columns and three PPSRC stub columns, were exposed to the ISO834 standard fire. Then, the cooling specimens and a control specimen unexposed to fire were eccentrically loaded to explore the residual capacity. The test parameters include the section shape, concrete strength of inner-part, eccentricity ratio and heating time. The test results indicated that the precast RPC shell could effectively confine the steel shape and longitudinal reinforcements after fire, and the PPSRC stub columns experienced lower core temperature in fire and exhibited higher post-fire residual strength as compared with the HPSRC stub columns due to the insulating effect of core concrete. The residual capacity increased with the increasing of inner concrete strength and with the decreasing of heating time and load eccentricity. Based on the test results, a FEA model was established to simulate the temperature field of test specimens, and the predicted results agreed well with the test results.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1996.10a
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pp.453-458
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1996
In reinforced concrete structure, it is very important to secure ductile performance of column because the columns become brittle failure and cause the collapse of an entire structure and the damage of human life. This study is intending to seek the quantity of transverse steels in square reinforced concrete columns which is derived from moment-curvature analysis of cross section about various arrangements of transverse steel and the ratio of axial force and to propose the design method to secure the sufficient ductile behavior subjected to complex loading.
Lee, Do Hyung;Oh, Jangkyun;Yu, Wan Dong;Choi, Eunsoo
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.32
no.3A
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pp.189-196
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2012
In this paper, reinforced concrete columns test has been conducted under repeated lateral load reversals. The test columns have been reinforced with outside lateral confinement members in addition to transverse reinforcements. For this purpose, a strainless steel and a GFRP have been employed for the lateral confinement members. Primary parameters are types, thickness and spacing of the lateral confinement members. Experimental results reveal that columns reinforced with lateral confinement members exhibit improved ductility and energy dissipation capacity in comparison with those unreinforced. It is thus concluded that the present approach can be of a useful scheme for the seismic retrofitting of reinforced concrete columns.
The purpose of this paper is to investigate the axial bearing capacity and residual properties of steel reinforced recycled aggregate concrete (SRC) column after elevated temperature. A total of 48 SRC columns were designed for the static loading test after elevated temperature. The variables include replacement ratios, designed temperature, target duration, thicknesses of cover concrete, steel ratios and stirrup spacing. From this test, the mass loss ratio and stress load-deformation curve were obtained, and the influence of various parameters on residual bearing capacity were analyzed. ABAQUS was used to calculate the temperature field of specimens, and then got temperature damage distribution on the cross-section concrete. It was shown that increasing of the elevated temperatures leaded to the change of concrete color from smoky-gray to grayish brown and results in reducing the bearing capacity of SRC columns. The axial damage and mechanism of SRC columns were similar to those of reinforced natural aggregate concrete columns at the same temperatures. Finally, the calculation method of axial compressive residual bearing capacity of SRC columns recycled concrete columns after high temperature was reported based on the test results and finite element analysis.
This paper simulates the hysteretic behavior of steel reinforced recycled concrete (SRRC) columns under cyclic loads using OpenSees software. The effective fiber model and displacement-based beam-column element in OpenSees is applied to each SRRC columns. The Concrete01 material model for recycled aggregate concrete (RAC) and Steel02 material model is proposed to perform the numerical simulation of columns. The constitutive models of RAC, profile steel and rebars in columns were assigned to each fiber element. Based on the modelling method, the analytical models of SRRC columns are established. It shows that the calculated hysteresis loops of most SRRC columns agree well with the test curves. In addition, the parameter studies (i.e., strength grade of RAC, stirrups strength, steel strength and steel ratio) on seismic performance of SRRC columns were also investigated in detail by OpenSees. The calculation results of parameter analysis show that SRRC columns suffered from flexural failure has good seismic performance through the reasonable design. The ductility and bearing capacity of columns increases as the increasing magnitude of steel strength, steel ratio and stirrups strength. Although the bearing capacity of columns increases as the strength grade of RAC increases, the ductility and energy dissipation capacity decreases gradually. Based on the test and numerical results, the flexural failure mechanism of SRRC columns were analysed in detail. The computing theories of the normal section of bearing capacity for the eccentrically loaded columns were adopted to calculate the nominal bending strength of SRRC columns subjected to vertical axial force under lateral cyclic loads. The calculation formulas of horizontal bearing capacity for SRRC columns were proposed based on their nominal bending strength.
Khaled A. Alawi, Al-Sodani;Muhammad Kalimur ,Rahman;Mohammed A., Al-Osta;Omar S. Baghabra, Al-Amoudi
Earthquakes and Structures
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v.23
no.5
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pp.403-417
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2022
Reinforced concrete (RC) structures with low-strength RC columns are rampant in several countries, especially those constructed during the early 1960s and 1970s. The weakness of these structures due to overloading or some natural disasters such as earthquakes and building age effects are some of the main reasons to collapse, particularly with the scarcity of data on the impact of aspect ratio and corner radius on the confinement effectiveness. Hence, it is crucial to investigate if these columns (with different aspect ratios) can be made safe by strengthening them with carbon fiber-reinforced polymers (CFRP) sheets. Therefore, experimental and numerical studies of CFRP-strengthened low-strength reinforced concrete short rectangular, square, and circular columns were studied. In this investigation, a total of 6 columns divided into three sets were evaluated. The first set had two circular cross-sectional columns, the second set had two square cross-section columns, and the third set has two rectangular cross-section columns. Furthermore, FEM validation has been conducted for some of the experimental results obtained from the literature. The experimental results revealed that the confinement equations for RC columns as per both CSA and ACI codes could give incorrect results for low-strength concrete. The control specimen (unstrengthened ones) displayed that both ACI and CSA equations overestimate the ultimate strength of low-strength RC columns by order of extent. For strengthened columns with CFRP, the code equations of CSA and ACI code overestimate the maximum strength by around 6 to 13% and 23 to 29%, respectively, depending on the cross-section of the column (i.e., square, rectangular, or circular). Results of finite element models (FEMs) showed that increasing the layer number of new commonly CFRP type (B) from one to 3 for circular columns can increase the column's ultimate loads by around eight times compared to unjacketed columns. However, in the case of strengthened square and rectangular columns with CFRP, the increase of the ultimate loads of columns can reach up to six times and two times, respectively.
Cho, Kyung Hun;Lee, Tae Hee;Lee, Jung Bin;Kim, Sung Bo;Kim, Jang Jay Ho
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.43
no.2
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pp.149-156
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2023
Recently, concerns about natural disasters such as earthquakes, tsunamis and typhoons have increased. As the magnitude and frequency of earthquakes increase, research is needed to prevent structures from collapsing due to earthquake loads. Research is needed to increase the ductility of columns to prevent the collapse of structures. In this study, the ductility improvement of square columns achieved by applying spiral stirrups to square columns. Square columns reinforced with spiral stirrups are more resistant to repetitive loads such as seismic loads than columns reinforced with tie stirrups. Also, the spiral stirrups can apply better confinement to the concrete. In this study, an uniaxial compression test was conducted to evaluate the performance of columns reinforced with spiral stirrups. The results showed that the columns reinforced with spiral stirrups in both the circular and square columns showed higher compressive strength than the columns reinforced with the tie stirrups. In addition, the columns reinforced with spiral stirrups for both the square and circle columns, showed a tendency to endure the load even after the initial cracking and rebar yielding.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.10
no.4
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pp.11-24
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1990
The effect of end restraints for adjoining members is the different variables influencing the column ultimate strength and the behavior. The propose of this study is to analyze eccentrically loaded reinforced concrete columns with the end restraind effect having rectangular cross-section and general boundary conditions. Accordingly, this investigation are to construct a typical analytical model of the reinforced concrete columns with general end boundary conditions. The mechanical components of the analytical model are to be rationally defined the actual behavior as possible, and the different variables influencing the behavior and the ultimate strength of the reinforced concrete columns are investigated by using a parametric study.
This paper presents a parametric study of the plastic hinge length of circular reinforced concrete columns using a three-dimensional finite element analysis method, and using the Taguchi robust design method to reduce computational cost. Parameters examined include the longitudinal reinforcing ratio, the shear span-to-depth ratio, the axial force ratio and the concrete compressive strength. The study considers longitudinal reinforcement with yield strengths of 414 MPa and 685 MPa, and proposes simplified formulas for the plastic hinge length of circular reinforced concrete columns, showing that increases in plastic hinge length correlate to increases in the axial load, longitudinal reinforcing and shear span-to-depth ratios. As concrete strength increases, the plastic hinge length decreases for the 414 MPa case but increases for the 685 MPa case.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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