In the present investigation the experimental and theoretical flexural and compressive behavior of short tubular steel columns filled with plain concrete and fiber-reinforced concrete (FRC) was examined. For a given length of the members, the effects of different geometry and dimensions of the transverse cross-section (square and circular) were investigated. Constituent materials were characterized through direct tensile tests on steel coupons and through compressive and split tension tests on concrete cylinders. Load-axial shortening and load-deflection curves were recorded for unfilled and composite members. Finally, simplified expressions for the calculus of the load-deflection curves based on the cross-section analysis were given and the ultimate load of short columns was predicted.
The mechanical behavior of concrete-filled glass fiber reinforced polymer columns is affected by various factors including concrete strength, stiffness of tube, end confinement effect, and slenderness ratio of members. In this research the behavior of slender columns was examined both experimentally and analytically. Experimental works include 1) compression test with 30cm long glass fiber composite columns under different end confinement conditions, 2) uni-axial compression test for 7 slender columns, which have various slenderness ratios. Short-length stocky columns gave high strength and ductility revealing high confinement action of FRP tubes. The strength increment and strain change were examined under different end confinement conditions. With slender columns, failure strengths, confinement effects, and stress-strains relations were examined. Through analytical work, effective length was computed and it was compared with the amount of reduction in column strength, which is required to predict design strength with slender specimens. This study shows the feasibility of slender concrete-filled glass fiber reinforced polymer composite columns.
In this study, an experimental study is performed to understand the effect of spalling on the structural behavior of fire damaged steel reinforced high strength concrete (SRHSC) columns, and the test results of temperature distributions and the displacements at elevated temperature are analyzed. Toward this goal, three long columns are tested to investigate the effect of various test parameters on structural behavior during the fire, and twelve short columns are tested to investigate residual strength and stiffness after the fire. The test parameters are mixture ratios of polypropylene fiber (0 and 0.1 vol.%), magnitudes of applied loads (concentric loads and eccentric loads), and the time period of exposure to fire (0, 30, 60 and 90 minutes). The experimental results show that there is significant effect of loading on the structural behaviors of columns under fire. The loaded concrete columns result more explosive spalling than the unloaded columns under fire. In particular, eccentrically loaded columns are severely spalled. The temperature distributions of the concrete are not affected by the loading state if there is no spalling. However, the loading state affects the temperature distributions when there is spalling occurred. In addition, it is found that polypropylene fiber prevents spalling of both loaded and unloaded columns under fire. From these experimental findings, an equation of predicting residual load capacity of the fire damaged column is proposed.
This paper shows an optimal design for reinforced concrete rectangular combined footings based on a criterion of minimum cost. The classical design method for reinforced concrete rectangular combined footings is: First, a dimension is proposed that should comply with the allowable stresses (Minimum stress should be equal or greater than zero, and maximum stress must be equal or less than the allowable capacity withstand by the soil); subsequently, the effective depth is obtained due to the maximum moment and this effective depth is checked against the bending shear and the punching shear until, it complies with these conditions, and then the steel reinforcement is obtained, but this is not guaranteed that obtained cost is a minimum cost. A numerical experimentation shows the model capability to estimate the minimum cost design of the materials used for a rectangular combined footing that supports two columns under an axial load and moments in two directions at each column in accordance to the building code requirements for structural concrete and commentary (ACI 318S-14). Numerical experimentation is developed by modifying the values of the rectangular combined footing to from "d" (Effective depth), "b" (Short dimension), "a" (Greater dimension), "${\rho}_{P1}$" (Ratio of reinforcement steel under column 1), "${\rho}_{P2}$" (Ratio of reinforcement steel under column 2), "${\rho}_{yLB}$" (Ratio of longitudinal reinforcement steel in the bottom), "${\rho}_{yLT}$" (Ratio of longitudinal reinforcement steel at the top). Results show that the optimal design is more economical and more precise with respect to the classical design. Therefore, the optimal design presented in this paper should be used to obtain the minimum cost design for reinforced concrete rectangular combined footings.
To improve the durability and service life of reinforced concrete column such as bridge piers, an advanced composite column made of Ultra High Performance Cementitious Composites (UHPCC) permanent form is proposed. Based on elasticity plasticity theory, axial compression behavior of the composite column was studied theoretically. The first circumferential cracking load and ultimate limit loading capacity are derived for the composite column. Short composite column compression tests and numerical simulations using FEM method were carried out to justify the theoretical formula. The effects of UHPCC tube thickness on the axial compression behavior were studied. Using the established theoretical model and numerical simulation, the large dimension composite columns are calculated and analyzed with different UHPCC tube thickness. These studies may provide a reference for advanced composite column design and application.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.26
no.6
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pp.247-253
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2022
The columns of older reinforced concrete (RC) buildings generally have limited reinforcement details. Thus, they could be vulnerable to earthquake ground motions, leading to partial or complete building collapse. In this study, high-performance fiber-reinforced cementitious composite (HPFRCC) was applied to RC columns to improve their seismic behavior. Experimental tests were conducted with two full-sized specimens with limited reinforcement details, including short lap splices, while unidirectional loadings were applied to the specimens. The seismic behavior of RC columns was substantially improved by using HPFRCC.
The effectiveness of a retrofitting method for concrete columns with particular weaknesses is experimentally evaluated and presented in this paper. Structural deficiencies namely the inadequacy of transverse reinforcement and short length of lap splices are very common in columns found in structures built prior to the 1960s and 1970s. Recent earthquakes worldwide have caused severe damages and collapses of these structures. Nevertheless, the importance of improving the load transfer capacity between the deficiently lap-spliced bars is usually underestimated during the strengthening procedures applied in old buildings, though critical for the safety of the residents' lives. Thus, the seismic performance of the enhanced columns is frequently overestimated. The retrofitting approach presented herein involves reinforced concrete jacketing of the column sub-assemblages and welding of the lap-spliced bars to prevent the splice failure and conform to the provisions of modern design Codes. The cyclic lateral loading response of poorly confined original column specimens with insufficient lap splices and the seismic behavior of the retrofitted columns are compared. Test results clearly demonstrate that the retrofitting procedure followed is an effective way of significantly improving the seismic performance of substandard columns found in old buildings.
Evaluating seismic performance of urban structures for future earthquakes is one of the key prerequisites of rehabilitation programs. Irregular structures, as a specific case, are more susceptible to sustain earthquake damage than regular structures. The study here is to identify damage states of vertically irregular structures using the well-recognized Park-Ang damage index. For doing this, a regular 3-story reinforced concrete (RC) structure is first designed based on ACI-318 code, and a peak ground acceleration (PGA) of 0.3 g. Some known vertical irregularities such as setback, short column and soft story are then applied to the regular structure. All the four structures are subjected to seven different earthquakes accelerations and different amplitudes which are then analyzed using nonlinear dynamic procedure. The damage indices of the structures are then accounted for using the pointed out damage index. The results show that the structure with soft story irregularity sustains more damage in all the earthquake records than the other structures. The least damage belongs the regular structure showing that different earthquake with different accelerations and amplitudes have no significant effect on the regular structures.
Masonry infill has a significant effect on stiffness contribution, strength and ductility of masonry-infilled frames. These effects may cause damage of weak floor, torsional damage or short-column failure in structures. This article presents experiments of 1/2.5-scale steel reinforced recycled aggregates concrete (SRRC) frames. Three specimens, with different infill rates consisted of recycled concrete hollow bricks (RCB), were subjected to static cyclic loads. Test phenomena, hysteretic curves and stiffness degradation of the composite structure were analyzed. Furthermore, effects of axial load ratio, aspect ratio, infill thickness and steel ratio on the share of horizontal force supported by the frame and the infill were obtained in the numerical example.
This paper aims to examine the behavior of slender reinforced concrete columns confined with external glass fiber reinforced polymers (GFRP) sheets under eccentric loads. The experimental work conducted in this paper is an extension to previous work by the author concerning the behavior of eccentrically loaded short columns strengthened with GFRP wrapping. In this study, nine reinforced concrete columns divided into three groups were casted and tested. Three eccentricity ratios corresponding to e/t = 0, 0.10, and 0.50 in one direction of the column were tested in each group. The first group was the control one without confinement with slenderness ratio equal 20. The second group was the same as the first group but fully wrapped with one layer of GFRP laminates. The third group was also fully wrapped with one layer of GFRP laminates but having slenderness ratio equal 15. The experimental results of another two groups from the previous work were used in this study to investigate the difference between short and slender columns. The first was control one with slenderness ratio equal 10 and the second was fully wrapped and having the same slenderness ratio. All specimens were loaded until failure. The ultimate load, axial deformation, strain in steel bars, and failure mechanisms of each specimen were generated and analyzed. The results show that GFRP laminates confining system is less effective with slender columns compared with short one, but this solution is still applied and it can be efficiently utilized especially for slender columns with low eccentric ratio.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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