Composite effect between steel and recycled aggregate concrete (RAC) in steel reinforced-RAC (SRRAC) structures can effectively improve RAC's adverse mechanical properties due to the natural defects of recycled coarse aggregate (RCA). However, the performance of SRRAC after thermal exposure will have a great impact on the safety of the structure. In this paper, firstly, the mechanical properties of SRRAC structures after high temperatures exposure were tested, including 24 SRRAC columns and 32 SRRAC beams. Then, the change rules of beams and columns performance with the maximum temperature and replacement percentage were compared. Finally, the formulas to evaluate the residual bearing capacity of SRRAC beams and columns after exposure to high temperatures were established. The experimental results show that the maximum exposure temperature can be judged by the apparent phenomenon and mass loss ratio of RAC. After high temperatures exposure, the mechanical properties of SRRAC beams and columns change significantly, where the degradation of bearing capacity and stiffness is the most obvious. Moreover, it is found that the degradation degree of compression member is more serious than that of flexural member. The formulas of residual bearing capacity established by introducing influence coefficient of material strength agree well with the experimental results.
Concrete-filled double skinned steel tubular (CFDST) columns have been used to construct modern structures such as tall buildings and bridges as well as infrastructures as they provide better, lesser weight, and greater stiffness in structural performance than conventional reinforced concrete or steel members. Different shapes of CFDST columns may be needed to satisfy the architectural and aesthetic criteria. In the study, three-dimensional FE simulations of circular and elliptical CFDST columns under axial compression were developed and verified through the experimental test data from the perspectives of full load-displacement histories, ultimate axial strengths, and failure modes. The verified FE models were used to investigate and compare the structural performance of CFDST columns with circular and elliptical cross-section shapes by evaluating the overall load-deformation curves, interaction stress-deformation responses, and composite actions of the column. At last, the accuracy of available design models in predicting the ultimate axial strengths of CFST columns were investigated. Research results showed that circular and elliptical CFDST column behaviors were generally similar. The overall structural performance of circular CFDST columns was relatively improved compared to the elliptical CFDST column.
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.
The development of modern concrete technology makes it much easier to produce high-strength concrete (HSC) or ultra-high-strength concrete (UHSC) with high workability. However, the application of this concrete is limited in practical construction of traditional reinforced concrete (RC) structures due to low-ductility performance. To further push up the limit of the design concrete strength, concrete-filled-steel-tube (CFST) columns have been recommended considering its superior strength and ductility performance. However, the beneficial composite action cannot be fully developed at early elastic stage as steel dilates more than concrete and thereby reducing the elastic strength and stiffness of the CFST columns. To resolve this problem, external confinement in the form of steel rings is proposed in this study to restrict the lateral dilation of concrete and steel. In this paper, a total of 29 high-strength CFST (HSCFST) columns of various dimensions cast with concrete strength of 75 to 120 MPa concrete and installed with external steel rings were tested under uni-axial compression. From the results, it can be concluded that the proposed ring installation can further improve both strength and ductility of HSCFST columns by restricting the column dilation. Lastly, an analytical model calculating the uni-axial strength of ring-confined HSCFST columns is proposed and verified based on the Von-Mises and Mohr-Coulomb failure criteria for steel tube and in-filled concrete, respectively.
Park, Jong-Hyup;Kim, Hoon;Lee, Jae-Hoon;Chung, Young-Soo;Cho, Dae-Yeon
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2001.09a
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pp.194-199
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2001
Lap splice in plastic hinge region is inevitable because of due to constructional joint between footing and column. R/C Circular columns with lap-splice in plastic hinge region are widely used in Korean highway bridges. In addition, these columns which constructed before the seismic design code have a number of structural deficiencies. It is, however, believed that there are not many experimental research works for nonlinear behavior of these columns subjected to earthquake motions. The object of this research is to evaluate the seismic performance of existing circular reinforced concrete bridge piers by the Quasi-static test. Existing reinforced concrete bridge piers were moderate seismically designed in accordance with the conventional provisions of Korea Highway Design Specification. This study has been performed to verify the effect of lap spliced longitudinal steel, confinement steel type and confinement steel ratio far the seismic behavior of reinforced concrete bridge piers. Quasi-static test has been done to investigate the physical seismic performance of RC bridge piers, such as displacement ductility, energy absorption, strength degradation etc.
The Finite Element (FE) modeling of Reinforced Concrete (RC) under seismic loading has a sensitive impact in terms of getting good contribution compared to experimental results. Several idealized model types for simulating the nonlinear response have been developed based on the plasticity distribution alone the model. The Continuum Models are the most used category of modeling, to understand the seismic behavior of structural elements in terms of their components, cracking patterns, hysteretic response, and failure mechanisms. However, the material modeling, contact and nonlinear analysis strategy are highly complex due to the joint operation of concrete and steel. This paper presents a numerical simulation of a chosen RC column under monotonic and cyclic loading using the FE Abaqus, to assessthe hysteretic response and failure mechanisms in the RC columns, where the perfect bonding option is used for the contact between concrete and steel. While results of the numerical study under cyclic loading compared to experimental tests might be unsuccessful due to the lack of bond-slip modeling. The monotonic loading shows a good estimation of the envelope response and deformation components. In addition, this work further demonstrates the advantage and efficiency of the damage distributions since the obtained damage distributions fit the expected results.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2003.03a
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pp.377-384
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2003
Recently, there are much concerns about new and innovative transverse materials which could be used instead of conventional transverse steel in reinforced concrete bridge piers. FRP materials could be substituted for conventional transverse steel because of their sufficient strength, light weight, easy fabrication, and useful applicability to any shapes of pier sections, such as rectangular or circular sections. The objective of this research is to evaluate the seismic performance of reinforced concrete bridge pier specimens with FRP transverse reinforcement by means of the Quasi-Static test. In the first task, test columns were made using FRP rope, but these specimens appeared to fail at low displacement ductility levels due to insufficient confinement of strand extension itself. Therefore, the second task was to evaluate the seismic performance of test specimens transversely confined with FRP band. Although FRP banded specimens showed lower seismic performance than the specimen with spiral reinforcing steel, it satisfied with the response modification factor, 3, required for the single column of Korea bridge roadway design code. It was concluded that FRP band could be efficiently substituted for conventional reinforcing steel.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2001.10a
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pp.75-82
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2001
Finite element analysis using ANSYS program conducted to evaluate the tensile behavior of the connection between reinforced concrete and steel members is presented in this paper. It is assumed that there is a complete bond between head part of the stud and concrete. However, the surface of the column area of stud is separated from the concrete to stop the stress transmission between those. In case of using reinforcement connectors such as C or U type, the interface between concrete and reinforcement is idealized to have strong adhesion. Four concrete-steel specimens which are connected by stud connector or reinforcement connectors are compared and analyzed From the comparison, it was shown that the connection between concrete and steel could be predicted by using the modeling technique used in this paper.
The application of carbon fiber reinforced polymer (CFRP) in steel structures primarily includes two categories, i.e., the bond-critical application and the contact-critical application. Debonding failure and buckling failure are the main failure modes for these two applications. Conventional electrometric techniques may not provide precise results because of the limitations associated with single-point contact measurements. A nondestructive full-field measurement technique is a valuable alternative to conventional methods. In this study, the digital image correlation (DIC) technique was adopted to investigate the bond behavior and buckling behavior of CFRP-steel composite members. The CFRP-to-steel bonded joint and the CFRP-strengthened square hollow section (SHS) steel column were tested to verify the suitability of the DIC technique. The stereo-DIC technique was utilized to measure continuous deformation. The bond-slip relationship of the CFRP-to-steel interface was derived using the DIC data. Additionally, a multi-camera DIC system consisting of four stereo-DIC subsystems was proposed and applied to the compressive test of CFRP-strengthened SHS steel column. The precise buckling location and CFRP delamination of the CFRP-strengthened SHS steel column were identified. The experimental results confirm that the stereo-DIC technique can provide effective measurements for investigating the behaviors of CFRP-steel composite members.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1998.10a
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pp.577-581
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1998
Recent trends in the construction of building frame feature the increase use of composite steel concrete members functioning together in what terms of mixed structural systems. One of such systems, RCS(reinforced concrete column and steel beam) system, is known to make use of type of member in the most efficient manner to maximize the structural and economic benifits. Based on the results, joint behavior and design were described in terms of two primary modes of failure ; joint panel shear and vertical bearing. In test specimen, joint deformation is observed at internal region greater than at external region.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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