Shear walls are a typical member under a complex stress state and have complicated mechanical properties and failure modes. The separated-elements model Genetic Evolutionary Structural Optimization (GESO), which is a combination of an elastic-plastic stress method and an optimization method, has been introduced in the literature for designing such members. Although the separated-elements model GESO method is well recognized due to its stability, feasibility, and economy, its adequacy has not been experimentally verified. This paper seeks to validate the adequacy of the separated-elements model GESO method against experimental data and demonstrate its feasibility and advantages over the traditional elastic stress method. Two types of reinforced concrete shear wall specimens, which had the location of an opening in the middle bottom and the center region, respectively, were utilized for this study. For each type, two specimens were designed using the separated-elements model GESO method and elastic stress method, respectively. All specimens were subjected to a constant vertical load and an incremental lateral load until failure. Test results indicated that the ultimate bearing capacity, failure modes, and main crack types of the shear walls designed using the two methods were similar, but the ductility indexes including the stiffness degradation, deformability, reinforcement yielding, and crack development of the specimens designed using the separated-elements model GESO method were superior to those using the elastic stress method. Additionally, the shear walls designed using the separated-elements model GESO method, had a reinforcement layout which could closely resist the actual critical stress, and thus a reduced amount of steel bars were required for such shear walls.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.16
no.1
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pp.43-52
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2003
The present study is to investigate the ultimate behavior and limit state design of 2-I) R/C structures, with the changing of crack direction, and the yielding of the reinforcing steel bars, and Is to introduce an algorithm for the limit state design and analysis of 2-D R/C structures, directly from the finite element model. For the design of reinforcement in concrete the limit state design equation is incorporated into finite element algorithm to be based on the pointwise elemental ultimate behavior. It is also introduced a simplified nonlinear analysis algorithm for stress-strain relationship of R/C plane stress problem considering the cracking and its rotation in concrete and the yielding of the reinforcing steel bar. The algorithm is incorporated into the nonlinear finite element analysis. The analysis model is compared with the experimental model of R/C shear wall. In a simple design example for a shear wall, the required reinforcement ratios in each finite element is obtained from the limit state design equations.
This paper presents the tensile behavior of stud connections installed between reinforced concrete and steel members. Eight specimens are tested to verify the factors influencing the tensile behavior of the connection. Major variables considered in the test are the reinforcement ratios of concrete member and connection details. Test results indicate that the reinforcing bars near stud bolts contribute to the increase of the tensile strength of the member as well as to the reduction of brittle failure. It is shown that C-type or U-type connection has relatively high ductility. From the evaluation on the tensile strength of test results including those of peformed by previous researchers, it was shown CCD (Concrete Capacity Design) method overestimated the strength. In this paper, the reduction factor of 0.75 ø instead of ø is suggested for design purpose of the stud connection.
In this study, a newly modified soil nailing technology named as the PGSN (Pressurized Grouting Soil Nailing) system is proposed. Effects of various factors related to the design of the pressurized grouting soil nailing system, such as the length of re-bars and type of reinforcement materials, were examined throughout a series of the displacement-controlled field pull-out tests. 9 displacement-controlled field pull-out tests were performed and the ratio of injected grout volume to grout hole volume were also evaluated based on the measurements. In addition, short-term characteristics of pull-out deformations of the newly proposed PGSN system were analyzed and compared with those of the ordinary soil nailing system by carrying out field pull-out tests. The test results were shown that the displacements of pressurized grouting soil nailing system were decreased 30~36% in comparison with using gravity grouting soil nailing system by the pressurized effect. The displacements of steel tube were diminished 31~32% comparison with using deformed bar by the reinforcement type change from the field pull-out tests.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.16
no.1
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pp.131-139
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2012
The lateral reinforcements of concrete such as hoops and spiral bars are known to confine concrete to compensate the strength loss due to fire by reducing explosive spalling and improving the capacity of ductility. In this context, a study was conducted to investigate the residual mechanical properties of confined and unconfined concrete($f_{ck}$=60MPa) after a single thermal cycle at 300, 600, $800^{\circ}C$. The main parameters required to establish the stress-strain relationship are the peak stress, the elastic modulus, and the strain at peak stress. The knowledge of the residual mechanical properties of concrete is necessary whenever the thermally damaged structure is required to bear a significant share of the loads, even after a severe thermal accident. Based on the results obtained in this study, the residual stress of confined concrete under thermal damage is higher according to the level of confinement and the larger strain made it to have better ductility. The decreasing ratio of elastic modulus from the relationship of stress and strain was also smaller than that of unconfined concrete.
This paper presents the analytical modeling and finite element (FE) analysis, using ABAQUS software, of the new types of steel reinforced lightweight aggregate concrete (SRLAC) columns with cross-shaped (+shaped and X-shaped) steel section, using proposed three analytical and two FE models in total. The stress-strain material models for different components in the columns, including the confined zones of the lightweight aggregate concrete (LWAC) using three and four concrete zones divisions approaches and with and without taking into account the stirrups reaction effect, are established first. The analytical models for determining the axial load-deformation behavior of the SRLAC columns are drawn based on the materials models. The analytical and FE models' results are compared with previously reported test results of the axially loaded SRLAC columns. The proposed analytical and FE models accurately predict the axial behavior and capacities of the new types of SRLAC columns with acceptable agreements for the load-displacement curves. The LWAC strength, steel section ratio, and steel section configuration affect the contact stress between the concrete and steel sections. The average ratios of the ultimate test load to the three analytical models and FEA model loads, Put /Pa1, Put /Pa2, Put /Pa3, and Put /PFE1, for the tested specimens are 0.96, 1.004, 1.016, and 1.019, respectively. Finally, the analytical parametric studies are also studied, in terms of the effects of confinement, LWAC strength, steel section ratio, and the reinforcement ratio on the axial capacity of the SRLAC column. When concrete strength, confinements, area of steel sections, or reinforcement bars ratio increased, the axial capacities increased.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.5A
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pp.719-727
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2008
The tensile and bond performance of GFRP rebar are different from those of conventional steel reinforcement. It requires some studies on concrete members reinforced with GFRP reinforcing bars to apply it to concrete structures. GFRP has some advantages such as high specific strength, low weight, non-corrosive nature, and disadvantage of larger deflection due to the lower modulus of elasticity than that of steel. Bridge deck is a preferred structure to apply FRP rebars due to the increase of flexural capacity by arching action. This paper focuses on the behavior of concrete bridge deck reinforced with newly developed GFRP rebars. A total of three real size bridge deck specimens were made and tested. Main variables are the type of reinforcing bar and reinforcement ratio. Static test was performed with the load of DB-24 level until failure. Test results were compared and analyzed with ultimate load, deflection behavior, crack pattern and width.
Youm, Kwang Soo;Kwon, Tae Gyu;Lee, Young Ho;Hwang, Yoon Kook
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.2A
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pp.311-318
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2006
This paper presents experimental studies on investigating the seismic retrofit performance of reinforced concrete circular columns with poor lap-splice details using GFRP wrapping. Five full-scale model columns have been tested. The prototype structure is an existing circular reinforced concrete bridge piers designed following the pre-seismic codes and constructed in South Korea in 1979. The as-built column will be expected to suffer brittle failure due to the bond failure of lap-spliced longitudinal reinforcement. The retrofitted columns using GFRP wrapping showed significant improvement of seismic performance. However, the predicted flexural failure mode was not achieved and the longitudinal bars were not yielded. Failure modes of the retrofitted columns are considered to be the gradually delayed bond slip in lap-spliced longitudinal reinforcement. Suggested retrofit design methods using GFRP were validated experimentally.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.12
no.3
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pp.93-100
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2008
The use of fiber reinforced polymer (FRP) composites is significantly growing in construction and infrastructure applications where durability under harsh environmental conditions is of great concern. In order to examine the applicability of FRP rebar as a reinforcement in flexural member, flexural tests were conducted. 12 beams with different FRP materials such as CFRP, GFRP and Hybrid FRP and reinforcement ratio were tested and analyzed in terms of failure mode, moment-deflection, flexural capacity, ductility index and sectional strain distribution. The test results were also compared with the theoretical model represented in ACI 440.1R06. Test results indicate that the flexural capacity of the beams reinforced by FRP bars can be accurately predicted using the ultimate design theory. They also show that the current ACI model for computing the deflection overestimates the actual deflection of GFRP series and underestimates the deflection of CFRP series.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.10
no.3
s.49
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pp.47-55
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2006
Seismic performance and retrofit of reinforced concrete (RC) two-column piers widely used at roadway bridges in Korea was experimentally evaluated. Ten two-column piers that were 400 mm in diameter and 2,000 mm in height were constructed. These piers were subjected to hi-directional cyclic loadings under a constant axial load of $0.1f_{ck}A_g$. Test parameters were the confinement steel ratio, loading pattern, lap splice of longitudinal reinforcing bars, and retrofitting method. Specimens with lap-spliced longitudinal bars were retrofitted with steel jacket, pre-stressing steel wire, and steel band. Test result showed that while the specimens subjected to bi-directional lateral cyclic loadings which consisted of two main amplitudes in the transverse axis and two sub amplitudes in longitudinal axis, referred to as a T-series cyclic loadings, exhibited plastic hinges both at the top and bottom parts of the column, the specimens subjected to bi-directional lateral cyclic loadings in an opposite way, referred to as a L-series cyclic loadings, exhibited a plastic hinge only at the bottom of the column. The displacement ductility of the specimen under the T-series loadings was bigger than that of the specimen under the L-series loadings. Specimen retrofitted with pre-stressing steel wires exhibited poor ductility due to the upward shift of the plastic hinge region because of over-reinforcement, but specimens retrofitted with steel jacket and steel band showed the required displacement ductility. Steel band can be an effective retrofitting scheme to improve the seimsic performance of RC bridge piers, considering its practical construction.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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