Adam, Jose M.;Gimenez, Ester;Calderon, Pedro A.;Pallares, Francisco J.;Ivorra, Salvador
Steel and Composite Structures
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v.8
no.4
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pp.329-342
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2008
The strengthening of reinforced concrete (RC) columns by steel angles and strips (steel cage) is one of various techniques available to increase ultimate column load. Different authors have shown the influence of the beam-column joint on the behaviour of columns strengthened by steel cages. This paper presents an experimental study carried out at the Universidad Polit$\acute{e}$cnica de Valencia with the aim of analysing two different techniques to solve the strengthening close to the joint and the influence on the behaviour of RC columns strengthened steel cages. The ultimate loads obtained in the laboratory tests for these two techniques are compared to that specified by Eurocode 4.
The composite frame system with reinforced concrete column and steel beam has some advantages in the structural efficiency by complementing the shortcomings between the two systems. The system, however has also a lot of problems in practical design and construction process due to the material dissimilarities. Considering these circumstances, this research is aimed at the development of the composite structural system which enables the steel beams to be connected to the R/C columns with higher structural safety and economy. Basically the proposed connection system is composed of four split tees, structural angles reinforced by stiffener, high strength steel rods, connecting plates and shear plates. The structural tests have been carried out to verify the moment transfer mechanism from beam flange to steel rods or connecting plates through the angle reinforced by siffener. The four prototype specimens have been tested until the flange of beam reached the plastic states. From the tests, no distinct material dissimilarities between concrete and steel have been detected and the stress transfer through wide flange beam - structural angle - high strength steel rod or connecting plate is very favorable.
Early investigations focused mainly on manipulating the confinement effect to develop a reinforced concrete column with lateral hoops. Based on this legacy model, Li's model incorporated the additional confinement effect of a steel jacket. However, recent experiments on plain concrete cylinders with steel jackets revealed relatively large discrepancies in the estimates of strength enhancement and the post-peak behavior. Here, we describe a modified constitutive law for confined concrete with an unbonded external steel jacket in terms of three regions for the loading stage. We used a two-phase heterogeneous concrete model to simulate the uniaxial compression test of a $150mm{\times}300mm$ concrete cylinder with three thicknesses of steel jackets: 1.0 mm, 1.5 mm, and 2.0 mm. The proposed constitutive model was verified by a series of finite element analyses using a finite element program. The damaged plasticity model and extended Drucker-Prager model were applied and compared in terms of the level of pressure sensitivity for confinement in 3D. The proposed model yielded results that were in close agreement with the experimental results.
Results from an experimental study on the seismic response of six composite reinforced concrete column-to-steel beam interior joints are presented. The primary variable investigated is the details in the joint. For the basic specimen, the main subassemblies of the beam and column are both continuous, and the steel beam flanges extended to the joint are partly cut off. Transverse beam, steel band plates, cove plates, X shape reinforcement bars and end plates are used in the other five specimens, respectively. After the joint steel panel yielded, two failure modes were observed during the test: local failure in Specimens 1, 2 and 4, shear failure in Specimens 3, 5 and 6. Specimens 6, 3, 5 and 4 have a better strength and deformation capacity than the other two specimens for the effectiveness of their subassemblies. For Specimens 2 and 4, though the performance of strength degradation and stiffness degradation are not as good as the other four specimens, they all have excellent energy dissipation capacity comparing to the RC joint, or the Steel Reinforced Concrete (SRC) joint. Based on the test result, some suggestions are presented for the design of composite RCS joint.
The inclusion of a ductile steel bracing as means of repairing an earthquake-damaged bridge bent is evaluated and experimentally assessed for the purposes of restoring the damaged bent's strength and stiffness and further improving the energy dissipation capacity. The study is focused on substandard reinforced concrete multi-column bridge bents constructed in the 1950 to mid-1970 in the United States. These types of bents have numerous deficiencies making them susceptible to seismic damage. Large-scale experiments were used on a two-column reinforced concrete bent to impose considerable damage of the bent through increasing amplitude cyclic deformations. The damaged bent was then repaired by installing a ductile fuse steel brace in the form of a buckling-restrained brace in a diagonal configuration between the columns and using post-tensioned rods to strengthen the cap beam. The brace was secured to the bent using steel gusset plate brackets and post-installed adhesive anchors. The repaired bent was then subjected to increasing amplitude cyclic deformations to reassess the bent performance. A subassemblage test of a nominally identical steel brace was also conducted in an effort to quantify and isolate the ductile fuse behavior. The experimental data from these large-scale experiments were analyzed in terms of the hysteretic response, observed damage, internal member loads, as well as the overall stiffness and energy dissipation characteristics. The results of this study demonstrated the effectiveness of utilizing ductile steel bracing for restoring the bent and preventing further damage to the columns and cap beams while also improving the stiffness and energy dissipation characteristics.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.10
no.4
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pp.49-57
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2010
This study is the research appling the representative Displacement-Based Design which is the basic concept of Direct Displacement Based Design proposed by Chopra and Goel to original Reinforced Concrete structure and determining the thickness of retrofit Steel Jacket about the Maximum design ground acceleration, and developing the more improved Algorithm as well as program by the Retrofit Design method and Nonlinear analysis by the Performance design method before and after reinforcement appling the determined retrofit thickness. To predict the target displacement of retrofitted columns, a nonlinear analysis model of reinforced concrete columns has been developed to be based on the nonlinear fiber cross-sectional and segmental analysis model, and the seismic displacement level of retrofitted columns is estimated by two procedures, the direct displacement-based design method and the displacement coefficient method. In examples of seismic retrofit design, the current seismic improved design method gives good results in improvements of displacement levels and displacement ductilities of retrofitted columns.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1992.04a
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pp.65-70
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1992
This study deals with the finite element analysis of the monotonic behavior of reinforced concrete beams and beam-column joint subassemblages. It is assumed that the behavior of these members can be discribed by a plane stress field. Concrete and reinforcing steel are represented by separate material models which are combined together with a model of the interaction between reinforcing bar and concrete through bond-slip to discribe the behavior of the composite reinforced concrete material. To discribe the concrete behavior, a nonlinear orthotropic model is adopted and the crack is discribed by a system of orthogonal cracks, which are rotating as the principal strain directions are changed. A smeared finite element model based on the fracture mechanics principles are used to overcome the numerical defect according to the finite element mesh size. Finally, correlation studies between analytical and experimental results and several parameter studies are conducted with the objective to estabilish the validity of the proposed model and identify the significance of various effects on the local and global response of reinforced concrete members.
The seismic performance of the reinforced concrete (RC) special-shaped column to steel beam connections with steel jacket used in the RC column to steel beam fabricated frame structures was investigated in this study. The three full-scale specimens were subjected to cyclic loading. The failure mode, ultimate bearing capacity, shear strength capacity, stiffness degradation, energy dissipation capacity, and strain distribution of the specimens were studied by varying the steel jacket thickness parameters. Test results indicate that the RC special-shaped column to steel beam connection with steel jacket is reliable and has excellent seismic performance. The hysteresis curve is full and has excellent energy dissipation capacity. The thickness of the steel jacket is an important parameter affecting the seismic performance of the proposed connections, and the shear strength capacity, ductility, and initial stiffness of the specimens improve with the increase in the thickness of the steel jacket. The calculation formula for the shear strength capacity of RC special-shaped column to steel beam connections with steel jacket is proposed on the basis of the experimental results and numerical simulation analysis. The theoretical values of the formula are in good agreement with the experimental values.
This study evaluated fire resistance performance for hybrid (polypropylene+steel) fiber reinforced high strength concrete column. Full-size columns were constructed and tested with or without fibers using ISO-834 fire curve. As the result of test, Control specimen occurred serious spalling and indicated rapidly internal temperature increasing. Specimen with polypropylene fiber occurred not spalling but steady internal temperature increasing. Specimen with hybrid fiber occurred not spalling as well as does not propagated temperature distribution. Therefore, hybrid fiber reinforced column specimen indicated a good fire resistance performance than other cases.
Kim, Hyung Geun;Kim, Myeong Han;Cho, Nam Gyu;Kim, Sang Seup;Kim, Sang Dae
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.21
no.5
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pp.545-552
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2009
An experimental study was performed on the yLRC composite column. Its external surface was manufactured with y-shape steel sheets and L-shape steel angles, and concrete was poured inside in the field. This composite column has improved the section capacity due to the composite action of steel and concrete, and provides good efficiency in reducing the terms of construction works because of its abridged formworks. The stub column specimens (three small and three large specimens) were tested through concentrical axial loading, and the effect of the width-to-thickness ratio of the steel angle on the column axial strength was examined. The axial strength and behavior of the composite columns were analyzed, and a formula for predicting the axial load capacity was proposed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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