The aim of the current study is to develop a nonlinear isoparametric layered frame finite element (FE) analysis of FRP strengthened reinforced concrete (RC) beam or column members by a force-based FE formulation. In sections, concrete is modeled in the triaxial stress-strain relationship state and the FRP sheet is modeled as layered composite materials in two-dimension. The element stiffness matrix derived by the force-based FE has the force-interpolation functions without assuming the displacement shape functions. A lateral load test of RC column strengthened by GFRP sheets was analyzed by the developed force-based FE model. From comparative studies of the experimental and analysis results, it was shown to compare with the stiffness FE method that the force-based FE analysis could give more accurate predictions in the overall lateral load-deflection response as well as in nonlinear deformations and damages in the column plastic hinge region.
Improving the earthquake resistance of buildings through seismic retrofitting using steel braces can result in brittle failure at the connection between the brace and the building, as well as buckling failure of the braces. This paper proposes a new seismic retrofit methodology combined with glass fiber sheet (GFS) and non-compression X-brace system using carbon fiber (CFXB) for reinforced concrete buildings damaged in earthquakes. The GFS is used to improve the ductility of columns damaged in earthquake. The CFXB consists of carbon fiber bracing and anchors, to replace the conventional steel bracing and bolt connection. This paper reports the seismic resistance of a reinforced concrete frame strengthened using the GFS-CFXB system. Cyclic loading tests were carried out, and the hysteresis of the lateral load-drift relations as well as ductility capacities were investigated. Carbon fiber is less rigid than the conventional materials used for seismic retrofitting, resulting in some significant advantages: the strength of the structure increased markedly with the use of CF X-bracing, and no buckling failure of the bracing was observed.
Kim, Jin-Sup;Kwon, Min-Ho;Seo, Hyun-Su;Lim, Jeong-Hee;Kim, Dong-Young
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.17
no.5
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pp.136-145
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2013
Social interest in the seismic retrofit of the structure is growing massive earthquake that occurred recently. The brittle fracture of Non-seismically designed Columns lead to full collapse of the building. In the past, cross-sectional expansion method, a steel plate reinforcing method is applied mainly in recent years, fiber-reinforced method utilizing the advantages of the composite material are preferred. However, the reinforcement methods such as this, there is a drawback to induce physical damage to structures, and time consuming work space is large. IIn this study, FRP seismic reinforcement was developed using the Aluminum connector and the composite material (Glass Fiber Reinforced Polymer). Then, the optimum quantities of FRP seismic reinforcement was determined using a nonlinear finite element analysis program. Finally, the quantity decision process through the design and analysis of FRP reinforcement was suggested.
Multi-Axial Testing System (MATS) is a 6-DOF loading system located at National Center for Research on Earthquake Engineering (NCREE) in Taiwan for advanced seismic testing of structural components or sub-assemblages. MATS was designed and constructed for a large variety of structural testing, especially for the specimens that require to be subjected to vertical and longitudinal loading simultaneously, such as reinforced concrete columns and lead rubber bearings. Functionally, MATS consists of a high strength self-reacting frame, a rigid platen, and a large number of servo-hydraulic actuators. The high strength self-reacting frame is composed of two post-tensioned A-shape reinforced concrete frames interconnected by a steel-and-concrete composite cross beam and a reinforced concrete reacting base. The specimen can be anchored between the top cross beam and the bottom rigid platen within a 5-meter high and 3.25-meter wide clear space. In addition to the longitudinal horizontal actuators that can be installed for various configurations, a total number of 13 servo-hydraulic actuators are connected to the rigid platen. Degree-of-freedom control of the rigid platen can be achieved by driving these actuators commanded by a digital controller. The specification and information of MATS in detail are described in this paper, providing the users with a technical point of view on the design, application, and limitation of MATS. Finally, future potential application employing advanced experimental technology is also presented in this paper.
Journal of the Korea Institute of Construction Safety
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v.2
no.1
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pp.21-27
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2019
Hybrid & Integrated Beam (HI-BEAM), one of the composite systems, appears to have the advantage of high rigidity of reinforced concrete structures and long span of steel structures. In addition, because HI-BEAM makes the ends of beams from reinforced concrete, it is able to construct ideal composite construction method for effectively joining with reinforced concrete columns and can produce high-quality concrete structures without completing them in the field. Existing studies on the HI-BEAM method are mostly studies on structural aspects or epidemiological characteristics, or studies on the productivity and cost analysis of different structures through case studies, and analysis of actual construction methods is based on actual construction sites. In this study, the economic feasibility of the HI-BEAM method is verified by comparing the productivity and construction costs of the RC-BEAM method (RC-BEAM) method and the HI-BEAM method.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.27
no.1
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pp.37-45
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2023
The purpose of this study is to prevent diagonal tension failure of existing conventional coupling beams, increase the shear strength of conventional coupling beams, and quantitatively evaluate the increase. Steel fibers can improve shear strength and partially change the failure mechanism, but this is the result of research on general RC beams and columns, and research on the shear strength enhancement of conventional coupling beams for steel fiber reinforced concrete is still lacking. Therefore, in order to confirm the increased shear strength caused by steel fiber and the resulting change in failure mechanism, three specimens were fabricated with the steel fiber volume fraction as a variable (0%, 1%, 2%) and repeated loading experiments were performed. As a result, the shear strength of the specimens reinforced with steel fibers (1%, 2%) increased as the shear resistance contribution of concrete increased after the maximum strength was developed compared to the specimens without it (0%).
Stone column is one of the ground improvement systems which is being used for accelerating consolidation and increasing bearing capacity for settlement sensitive structures like load embankments, bridge abutments, oil storage tanks etc. The effects of this method are enhancement of ground bearing capacity, reduction of settlement, prevention of liquefaction and prevention of lateral ground movement. Recently, geosynthetic reinforced (encased) stone column approach has been developed to improve its load carrying capacity through increasing confinement effect. Although such a concept has successfully been applied in practice, fundamentals of the method have not been fully explored. This paper presents the results of an investigation on the bearing capacity and failure mechanism of geogrid-encased stone column by model tests. The results of the analyses indicated improved bearing capacity of the geogrid reinforced stone column method over the conventional strone column method with no encasing.
Kim, Young-Seek;Kim, Hyeong-Gook;Park, Cheon-Beom;Kim, Sang-Woo;Kim, Kil-Hee
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.21
no.6
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pp.1-9
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2017
Spiral reinforcement in a circular column plays an effective role in the ductile behavior of a column through position fixing and buckling restraining of the longitudinal reinforcement, and confining core-concrete. Each country has suggested the minimum volumetric ratio of spiral reinforcement in order to secure the ductility of concrete columns. The minimum volumetric ratio of spiral reinforcement suggested by ACI 318-14 and the national concrete structure design standard was developed based on the theory of Richard et al. (1928); furthermore it has been used until now. However, their theory cannot consider the effects of high strength concrete and high strength reinforcement, and arrangement condition of the spiral reinforcement. In this study, a modified minimum volumetric ratio equation is suggested, which is required to improve the ductility of reinforced concrete circular columns and to recover their stress. The modified minimum volumetric ratio equation suggested here considers the effect of the compressive strength of concrete, the yield strength of spiral reinforcement, the cross sectional area of columns, the pitch of spiral reinforcements and the diameter of spiral reinforcement. In this paper, the validity of the minimum volumetric ratios from ACI 318-14 and this study was investigated and compared based on the results of uniaxial compression experiment for specimens in which the material strength and the spiral reinforcements ratio were used as variables. In the end of the study, the modification method for the suggested equation was examined.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.3
no.2
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pp.41-54
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1999
Because of relatively heavy dead weight of concrete itself and unavoidable heat of massive concrete in bridge piers, circular hollow columns are widely used in Korean highway bridges. Since the occurrence of 1995 Kobe earthquake, there have been much concerns about seismic design for various infrastructures, inclusive of bridge structures. It is, however, understood that there are not much research works for nonlinear behavior of circular hollow columns subjected to eqrthquake motions. The objective of this experimental research is to investigate nonlinear behavior of circular hollow reinforced concrete bridge piers under the quasi-static cyclic load, and then to enhance their ductility by strengthening the plastic hinge region with glassfiber sheets. Particularly for this test, constant 10 cyclic loads have been repeatedly actuated to investigate the magnitude of strength degradation for the displacement ductility factor. Important test parameters are seismic design, confinement steel ratio, axial force and load pattern. It is observed from quasi-static tests for 7 bridge piers that the seismically designed columns and the retrofitted columns show better performance than the nonseismically designed colums, i.e. about 20% higher for energy dissipation capacity and about 70% higher for curvatures.
Byeonguk Ahn;Fahimeh Yavartanoo;Jang-Keun Yoon;Su-Min Kang;Seungjun Kim;Thomas H.-K. Kang
Computers and Concrete
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v.31
no.4
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pp.337-348
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2023
Shear wall is commonly used as a lateral force resisting system of concrete mid-rise and high-rise buildings, but it brings challenges in providing relatively large space throughout the building height. For this reason, the structure system where the upper structure with bearing, non-bearing and/or shear walls that sits on top of a transfer plate system supported by widely spaced columns at the lower stories is preferred in some regions, particularly in low to moderate seismic regions in Asia. A thick reinforced concrete (RC) plate has often been used as a transfer system, along with RC transfer girders; however, the RC plate becomes very thick for tall buildings. Applying the post-tensioning (PT) technique to RC plates can effectively reduce the thickness and reinforcement as an economical design method. Currently, a simplified model is used for numerical modeling of PT transfer plate, which does not consider the interaction of the plate and the upper structure. To observe the actual behavior of PT transfer plate under seismic loads, it is necessary to model whole parts of the structure and tendons to precisely include the interaction and the secondary effect of PT tendons in the results. This research evaluated the seismic behavior of shear wall-type residential buildings with PT transfer plates for the condition that PT tendons are included or excluded in the modeling. Three-dimensional finite element models were developed, which includes prestressing tendon elements, and response spectrum analyses were carried out to evaluate seismic forces. Two buildings with flat-shape and L-shape plans were considered, and design forces of shear walls and transfer columns for a system with and without PT tendons were compared. The results showed that, in some cases, excluding PT tendons from the model leads to an unrealistic estimation of the demands for shear walls sit on transfer plate and transfer columns due to excluding the secondary effect of PT tendons. Based on the results, generally, the secondary effect reduces shear force demand and axial-flexural demands of transfer columns but increases the shear force demand of shear walls. The results of this study suggested that, in addition to the effect of PT on the resistance of transfer plate, it is necessary to include PT tendons in the modeling to consider its effect on force demand.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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