Fiber Reinforced Polymer (FRP) bars have now been widely adopted as an alternative to traditional steel reinforcements in infrastructure and civil industries worldwide due variety of merits. This paper presents a numerical methodology to investigate FRP bar-reinforced beam-column joint behavior under quasi-static loading. The proposed numerical model is validated with test results considering load-deflection behavior, damage pattern at beam-column joint, and strain variation in reinforcements, wherein the results are in agreement. The numerical model is subsequently employed for parametric investigation to enhance the end-span beam-column joint performance using different joint reinforcement systems. To reduce the manufacturing issue of bend in the FRP bar, the headed FRP bar is employed in a beam-column joint, and performance was investigated at different column axial loads. Headed bar-reinforced beam-column joints show better performance as compared to beam-column joints having an L-bar in terms of concrete damage, load-carrying capacity, and joint shear strength. The applicability and efficiency of FRP bars at different story heights have also been investigated with varying column axial loads.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2001.11a
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pp.891-896
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2001
As composite materials, the addition of steel fiber in concrete significantly improves the engineering properties of structural members, notably shear strength and ductility, In this study, shear capacity evaluation method according to steel fiber contents was proposed from the literature surveys and member tests. For this, previously proposed five shear strength equation were examined and evaluated by maximum shear strength and shear capacity ratio. From the parametric study and regression analysis, following conclusion can be made; the maximum shear strength of steel fiber reinforced column will be estimated by relative shear capacity ratio.
This paper presents an experimental study of three two-dimensional (2D/planar) steel reinforced concrete (SRC) T-shaped column-RC beam hybrid joints and six 3D SRC T-shaped column-steel beam hybrid joints under low cyclic reversed loads. Considering different categories of steel configuration types in column cross section and horizontal loading angles for the specimens were selected, and a reliable structural testing system for the spatial loading was employed in the tests. The load-displacement curves, carrying capacity, energy dissipation capacity, ductility and deformation characteristics of the test subassemblies were analyzed. Especially, the seismic performance discrepancies between planar hybrid joints and 3D hybrid joints were intensively compared. The failure modes for planar loading and spatial loading observed in the tests showed that the shear-diagonal compressive failure was the dominating failure mode for all the specimens. In addition, the 3D hybrid joints illustrated plumper hysteretic loops for the columns configured with solid-web steel, but a little more pinched hysteretic loops for the columns configured with T-shaped steel or channel-shaped steel, better energy dissipation capacity & ductility, and larger interlayer deformation capacity than those of the planar hybrid joints. Furthermore, it was revealed that the hysteretic loops for the specimens under $45^{\circ}$ loading angle are generally plumper than those for the specimens under $30^{\circ}$ loading angle. Finally, the effects of steel configuration type and loading angle on the seismic damage for the specimens were analyzed by means of the Park-Ang model.
Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction
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v.34
no.4
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pp.15-23
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2018
The purpose of this study is to evaluate the anchorage capacity of longitudinal bars for reinforced concrete exterior beam - column joints with steel fiber volume fractions. For this purpose, the steel fiber volume fraction was set to 0, 1, 2%, and the performance was compared with that of each other specimens. According to the test results, the maximum strength of EX-HK-NJR-0 decreased by 13% compared with the control specimen and EX-HK-NJR-1 decreased by 3% compared to the control specimen. However, when 2% of steel fiber was mixed, the maximum strength increased about 56% compared to the control specimen. The energy dissipation capacity of EX-HK-NJR-0 (when no transverse steel bars are placed) decreased by 61% compared to the control specimen. In addition, the energy dissipation capacity of the specimens with a steel fiber content of 1% decreased by 5% and 2% increased by 94% compared to control specimen. EX-HK-NJR-1,2 and the control specimen EX-HK-JR-0 experienced yielding of the reinforcing bars at the column interface before maximum strength development. However, when the EX-HK-NJR-0, the reinforcing bars at the column interface experienced yielding after maximum strength development. Therefore, reinforcement of steel fiber is considered to reduce the required development length for yielding of steel bars.
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.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.33
no.3
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pp.153-158
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2020
In this study, a numerical approach for evaluating the resisting capacity of a partial concrete-filled steel tube (CFST) column is introduced. By strengthening the plastic hinge part of a traditional reinforced concrete column with a steel tube, a partial CFST shows a similar bending moment capacity as that of a full CFST column but with reduced material cost. To conduct an elaborate numerical analysis of a partial CFST column, an improved bond-slip model is applied to a finite element (FE) model at the interface between the steel tube and in-filled concrete. This numerical model is verified through the results of a double curvature bending-compression test. A parametric study with the proposed numerical model is used to obtain the load moment interaction diagrams for evaluating the resisting capacity based on various dimensions. Finally, the required strengthening length is estimated for each degree of thickness of the steel tube, and the failure mechanism of the partial CFST column based on the dimensions of the steel tube are identified.
This paper presents an analytical prediction of the elastic behavior of discontinuous displacement in reinforced concrete column-footing joint under earthquake. Material nonlinearity is taken into account by comprising tensile, compressive and shear models of cracked concrete and a model of reinforcing steel. The smeared crack approach is incorporated. In boundary plane at which each member with different thickness is connected, local discontinuous deformation due to the abrupt change in their stiffness can be taken into account by introducing interface element. The proposed numerical method for hysteretic behavior of discontinuous displacement in reinforced concrete column-footing joint will be verified by comparison with reliable experimental results.
Shaheen, Yousry B.I.;Mahmoud, Ashraf M.;Refat, Hala M.
Structural Engineering and Mechanics
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v.64
no.2
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pp.155-171
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2017
This paper presents a proposed method for producing reinforced composite concrete columns reinforced with various types of metallic and non metallic mesh reinforcement. The experimental program includes casting and testing of twelve square columns having the dimensions of $100mm{\times}100mm{\times}1000mm$ under concentric compression loadings. The test samples comprise all designation specimens to make comparative study between conventionally reinforced concrete column and concrete columns reinforced with welded steel mesh, expanded steel mesh, fiber glass mesh and tensar mesh. The main variables are the type of innovative reinforcing materials, metallic or non metallic, the number of layers and volume fraction of reinforcement. The main objective is to evaluate the effectiveness of employing the new innovative materials in reinforcing the composite concrete columns. The results of an experimental investigation to examine the effectiveness of these produced columns are reported and discussed including strength, deformation, cracking, and ductility properties. Non-linear finite element analysis; (NLFEA) was carried out to simulate the behavior of the reinforced concrete composite columns. The numerical model could agree the behavior level of the test results. ANSYS-10.0 Software. Also, parametric study is presented to look at the variables that can mainly affect the mechanical behaviors of the model such as the change of column dimensions. The results proved that new reinforced concrete columns can be developed with high strength, crack resistance, and high ductility properties using the innovative composite materials.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.4
no.3
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pp.205-210
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2000
The objective of this study is to investigate the structural behavior of steel beam-high strength concrete column joints subjected to reversed cyclic loadings. The variables of the experimental study is amount of steel plates at the beam-to-column joint panel zone. Three specimens were prepared and tested under constant uniaxial load($0.2f_{ck}A_g$) to reinforced high strength concrete column, and the reversed cyclic loads were applied to end of steel beams, The failure modes, hysteresis loop, stiffness degradations and energy dissipation capacities were analyzed and compared for test variables.
Alvarado, Yezid A.;Torres, Benjamin;Buitrago, Manuel;Ruiz, Daniel M.;Torres, Sergio Y.;Alvarez, Ramon A.
Structural Engineering and Mechanics
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v.81
no.3
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pp.281-292
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2022
This study aimed to analyze the dynamic punching shear performance of slab-column joints under cyclic loads with the use of double-hooked end (5D) steel fibers. Structural systems such as slab-column joints are widely found in infrastructures. The susceptibility to collapse of such structures when submitted to seismic loads is highly dependent on the structural performance of the slab-column connections. For this reason, the punching capacity of reinforced concrete (RC) structures has been the subject of a great number of studies. Steel fibers are used to achieve a certain degree of ductility under seismic loads. In this context, 5D steel hooked fibers provide high levels of fiber anchoring, tensile strength and ductility. However, only limited research has been carried out on the performance under cyclic loads of concrete structural members containing steel fibers. This study covers this gap with experimental testing of five different full-scale subassemblies of RC slab-column joints: one without punching reinforcement, one with conventional punching reinforcement and three with 5D steel fibers. The subassemblies were tested under cyclic loading, which consisted of applying increasing lateral displacement cycles, such as in seismic situations, with a constant axial load on the column. This set of cycles was repeated for increasing axial loads on the column until failure. The results showed that 5D steel fiber subassemblies: i) had a greater capacity to dissipate energy, ii) improved punching shear strength and stiffness degradation under cyclic loads; and iii) increased cyclic loading capacity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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