The study presents the results of an experimental program concerning the shear force transfer between reinforced concrete (RC) jackets and existing columns with damages. In order to investigate the effectiveness of the repair method applied and the contribution of each shear transfer mechanism of the interface. It includes 22 concrete columns (core) (of 24,37MPa concrete strength) with square section (150mm side, 500 mm height and scale 1:2). Ten columns had initial construction damages and twelve were subjected to initial axial load. Sixteen columns have full jacketing at all four faces with 80mm thickness (of 31,7MPa concrete strength) and contain longitudinal bars (of 500MPa nominal strength) and closed stirrups spaced at 25mm, 50mm or 100mm (of 220MPa nominal strength). Fourteen of them contain dowels at the interface between old and new concrete. All columns were subjected to repeated (pseudo-seismic) axial compression with increasing deformation cycles up to failure with or without jacketing. Two load patterns were selected to examine the difference of the behavior of columns. The effects of the initial damages, of the reinforcement of the interface (dowels) and of the confinement generated by the stirrups are investigated through axial- deformation (slip) diagrams and the energy absorbed diagrams. The results indicate that the initial damages affect the total behavior of the column and the capacity of the interface to shear mechanisms and to slip: a) the maximum bearing load of old column is decreased affecting at the same time the loading capacity of the jacketed element, b) suitable repair of initially damaged specimens increases the capacity of the jacketed column to transfer load through the interface.
Conventional nonlinear finite element analysis requires complicated modeling and analytical technique. Furthermore, it is difficult to interpret the analytical results presented as the stress-strain relationship. In the present study, a design-oriented analytical method using the truss model was developed. A reinforced concrete member to be analyzed was idealized by longitudinal, transverse, and diagonal line elements. Basically, each element was modeled as a composite element of concrete and re-bars. Simplified cyclic models for the concrete and re-bar elements were developed. RC beams and walls with various reinforcement details were analyzed by the proposed method. The inelastic strength, energy dissipation capacity, deformability, and failure mode predicted by the proposed method were compared with those of existing experiments. The results showed that the proposed model accurately predicted the strength and energy dissipation capacities, and to predict deformability of the members, the compression-softening model used for the concrete strut element must be improved.
The concrete-filled tubular square column is superior to steel frame column in terms of fire resistance because of the thermal storage provided by the concrete. Studies have been conducted on CFT column reinforcement with steel bars or with the use of an internal tube to improve its structural load capacity and fire resistance. In fact, reinforced CFT columns have been increasingly used to deal with high axial force. The functional deterioration of columns due to fire damage needs to be measured precisely. In this study, the temperature distribution inside the columns in case of a fire was evaluated and the degree of deterioration in the load capacity of the concrete and reinforcing members associated with temperature distribution was identified in order to evaluate the overall residual strength of the columns.
Recently, concrete structures with carbon fiber reinforced polymer (CFRP) reinforcements have been commonly used for the bridge and building construction. In this paper, pier caps were strengthened by prestressed near surface mounted CFRP. To verify the effectiveness of the strengthening method, 7 pier cap specimens were fabricated. One specimen was designed for control, two for external prestressing steel strands, two for CFRP plates, and two for CFRP bars. Experimental variables consist of type of reinforcement materials and prestressing levels. The results of laboratory have shown that the ultimate load capacities of prestressed near surface mounted CFRP specimens were about $20{\sim}33%$ greater than that of a control specimen. Also, ultimate load capacities of prestressed near surface mounted CFRP specimens were similar to those of external prestressing specimens with steel strands.
Karayannis, Chris G.;Voutetaki, Maristella E.;Chalioris, Constantin E.;Providakis, Costas P.;Angeli, Georgia M.
Smart Structures and Systems
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v.15
no.4
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pp.997-1018
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2015
Structural health monitoring along with damage detection and assessment of its severity level in non-accessible reinforced concrete members using piezoelectric materials becomes essential since engineers often face the problem of detecting hidden damage. In this study, the potential of the detection of flexural damage state in the lower part of the mid-span area of a simply supported reinforced concrete beam using piezoelectric sensors is analytically investigated. Two common severity levels of flexural damage are examined: (i) cracking of concrete that extends from the external lower fiber of concrete up to the steel reinforcement and (ii) yielding of reinforcing bars that occurs for higher levels of bending moment and after the flexural cracking. The purpose of this investigation is to apply finite element modeling using admittance based signature data to analyze its accuracy and to check the potential use of this technique to monitor structural damage in real-time. It has been indicated that damage detection capability greatly depends on the frequency selection rather than on the level of the harmonic excitation loading. This way, the excitation loading sequence can have a level low enough that the technique may be considered as applicable and effective for real structures. Further, it is concluded that the closest applied piezoelectric sensor to the flexural damage demonstrates higher overall sensitivity to structural damage in the entire frequency band for both damage states with respect to the other used sensors. However, the observed sensitivity of the other sensors becomes comparatively high in the peak values of the root mean square deviation index.
The main objective of this study is to evaluate the long-term performance of various concrete composites in natural marine environment prevailing in the Gulf region. Durability assessment studies of such nature are usually carried out under aggressive environments that constitute seawater, chloride and sulfate laden soils and wind, and groundwater conditions. These studies are very vital for sustainable development of marine and off shore reinforced concrete structures of industrial design such as petroleum installations. First round of testing and evaluation, which is presented in this paper, were performed by standard tests under laboratory conditions. Laboratory results presented in this paper will be corroborated with test outcome of ongoing three years field exposure conditions. The field study will include different parameters of investigation for high performance concrete including corrosion inhibitors, type of reinforcement, natural and industrial pozzolanic additives, water to cement ratio, water type, cover thickness, curing conditions, and concrete coatings. Like the laboratory specimens, samples in the field will be monitored for corrosion induced deterioration signs and for any signs of failureover initial period ofthree years. In this paper, laboratory results pertaining to microsilica (SF), ground granulated blast furnace slag (GGBS), epoxy coated rebars and calcium nitrite corrosion inhibitor are very conclusive. Results affirmed that the supplementary cementing materials such as GGBS and SF significantly impacted and enhanced concrete resistivity to chloride ions penetration and hence decrease the corrosion activities on steel bars protected by such concretes. As for epoxy coated rebars applications under high chloride laden conditions, results showed great concern to integrity of the epoxy coating layer on the bar and its stability. On the other hand corrosion inhibiting admixtures such as calcium nitrite proved to be more effective when used in combination with the pozzolanic additives such as GGBS and microsilica.
An experimental study was performed to investigate the earthquake resistance of the beam-column connections as a part of a precast concrete moment-resisting frame that uses precast concrete U-shaped shells for the beams. Five full-scale precast concrete specimens and one conventional monolithic concrete specimen were tested under cyclic loading. The parameters for this test were the reinforcement ratio, stirrup spacing, and end-strengthening details of the precast beam shell. The test results showed that regardless of the test parameters, the precast concrete beam-column connections showed good load-carrying capacity and deformation capacity, which were comparable to those of conventional monolithic concrete specimen. However, at large deformations, the beam-column connections of the precast concrete specimens were subjected to severe strength degradation due to diagonal shear cracks and the bond-slip of re-bars at the joint region. For this reason, the energy dissipation capacity and stiffness of the precast concrete specimens were significantly less than those of the cast-in-place specimen.
Coating is one of the methods used to solve the problem of corrosion of reinforcement in concrete structures. There are few research reported in the literature regarding the effect of zinc-coating on flexural behavior compared to epoxy coating. The objective of this study was to determine whether zinc-coated rebar adversely affects flexural behavior. Concrete beams reinforced with black or zinc-coated steel were tested in flexure. The test variables included the presence of rebar surface coating with zinc, steel ratio used and cover depth. The study concentrated on comparing crack pattern, crack width, deflection and strain. The ultimate flexural capacity of beams reinforced with zinc-coated bars was not different from that of black steel reinforced beams. The results from deflection and crack width measurements were indicative of no significant variation for the different rebar surface conditions. In addition, it was found that load-strain curve of beam reinforced with zinc-coated steel was similar to that of beam reinforced with zinc-coated steel. Therefore, the test results indicated that the use of zinc-coated rebar had no adverse effect on flexural behavior compared to the use of black rebar.
A number of experiments were performed to investigate the punching shear strength of flat plate-column connections. According to the experiments, the punching shear strength varies significantly with design parameters such as the column size of the connection, reinforcement ratio, and boundary condition. However, current design methods do not properly address the effects of such design parameters. In the present study, a theoratical approach using Rankine's failure cirterion was attempted to define the failure mechanism of the punching shear According to the study, the failure mechanism can be classified into the compression-controlled and the tension-controlled, depending on the amount of bottom re-bars placed at the connection, and the punching shear strength is also significantly affected by the flexural damage of slab. Based on the finding, a new strength model of punching shear was developed, and verified by the comparisons with existing experiments and nonlinear finite element analyses. The comparisons show that the proposed strength model addressing the effects of various design parameters can predict accurately the punching shear strength, compared to the existing strength models.
The attack of environmental aggressive agents progressively reduces the structural reliability of buildings and infrastructures and, in the worst exposition conditions, may even lead to their collapse in the long period. A change in the material and sectional characteristics of a structural element, due to the environmental damaging effects, changes its mechanical behaviour and varies both the internal stress redistribution and the kinematics through which it reaches its ultimate state. To identify such a behaviour, the evolution of both the damaging process and its mechanical consequences have to be taken into account. This paper presents a computational approach for the analysis of reinforced and prestressed concrete elements under sustained loading conditions and subjected to given damaging scenarios. The effects of the diffusion of aggressive agents, of the onset and development of the corrosion state in the reinforcement and the corresponding mechanical response are studied. As known, the corrosion on the reinforcing bars influences the damaging rate in the cracking pattern evolution; hence, the damage development and the mechanical behaviours are considered as coupled phenomena. The reliability of such an approach is validated in modelling the diffusion of the aggressive agents and the changes in the mechanical response of simple structural elements whose experimental behaviour is reported in Literature. A second set of analyses studies the effects of the corrosion of the tendons of a P.C. beam and explores potentially unexpected structural responses caused by corrosion under different aggressive exposition. The role of the different types and of the different positions of the damaging agents is discussed. In particular, it is shown how the collapse mode of the beam may switch from flexural to shear type, in case corrosion is caused by a localized chloride attack in the shear span.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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