This study analyzed stresses in concrete and its reinforcement, computing the additional loading transferred by concrete creep. The loading varied from zero, structure exclusively under its self-weight, up to the critical buckling load. The studied structure was a real, tapered, reinforced concrete pole. As concrete is a composite material, homogenizing techniques were used in the calculations. Due to the static indetermination for determining the normal forces acting on concrete and reinforcement, equations that considered the balance of forces and compatibility of displacement on cross-sections were employed. In the mathematical solution used to define the critical buckling load, all the elements of the structural dynamics present in the system were considered, including the column self-weight. The structural imperfections were linearized using the geometric stiffness, the proprieties of the concrete were considered according to the guidelines of the American Concrete Institute (ACI 209R), and the ground was modeled as a set of distributed springs along the foundation length. Critical buckling loads were computed at different time intervals after the structure was loaded. Finite element method results were also obtained for comparison. For an interval of 5000 days, the modulus of elasticity and critical buckling load reduced by 36% and 27%, respectively, compared to an interval of zero days. During this time interval, stress on the reinforcement steel reached within 5% of the steel yield strength. The computed strains in that interval stayed below the normative limit.
Nguyen, Anh P.;Banh, Thanh T.;Lee, Dongkyu;Lee, Jaehong;Kang, Joowon;Shin, Soomi
Steel and Composite Structures
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v.29
no.5
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pp.635-645
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2018
Beam-column joints play a significant role in static and dynamic performances of reinforced concrete frame structures. This study contributes a numerical approach of topologically optimal design of carbon fiber reinforced plastics (CFRP) to retrofit existing beam-column connections with crack patterns. In recent, CFRP is used commonly in the rehabilitation and strengthening of concrete members due to the remarkable properties, such as lightweight, anti-corrosion and simplicity to execute construction. With the target to provide an optimal CFRP configuration to effectively retrofit the beam-column connection under semi-failure situation such as given cracks, extended finite element method (X-FEM) is used by combining with multi-material topology optimization (MTO) as a mechanical description approach for strong discontinuity state to mechanically model cracked structures. The well founded mathematical formulation of topology optimization problem for cracked structures by using multiple materials is described in detail in this study. In addition, moved and regularized Heaviside functions (MRHF), that have the role of a filter in multiple materials case, is also considered. The numerical example results illustrated in two cases of beam-column joints with stationary cracks verify the validity, benefit and supremacy of the proposed method.
Retrofitting of structures has gained importance over the recent years. Particularly, Reinforced Cement Concrete (RCC) column strengthening has become a challenge to the structural engineers, owing to the risks and complexities involved in it. There are several methods of RCC column strengthening viz. RCC jacketing, steel jacketing and Fiber Reinforced Polymer (FRP) wrapping etc., FRP wrapping is the most promising alternative when compared to the others. The large research database shows FRP wrapping, through lateral confinement, improves the axial load carrying capacity of the columns under concentric loading. However, its confining efficiency reduces under eccentric loading. Hence a relative newer technique called Near Surface Mounting (NSM), in which Carbon FRP (CFRP) strips are epoxy grouted to the precut grooves in the cover concrete of the columns, has been thrust domain of research. NSM technique strengthens the column nominally under concentric load case while significantly under eccentric case. A novel configuration of NSM in which the vertical NSM (VNSM) strips are being connected by horizontal NSM (HNSM) strips was numerically investigated under both concentric and eccentric loading. It was found that the configuration with 6 HNSM strips performed better under eccentric loading than under concentric loading, while the configuration with 3 HNSM strips performed better under concentric loading than under eccentric loading. Hence an optimum of 4 HNSM strips is recommended as strengthening measure for the given column specifications. It was also found that Aluminum alloy cannot be used instead of CFRP in NSM applications owing to its lower mechanical properties.
This paper presents a finite element model which can simulate the axial compression behavior of steel reinforced recycled concrete (SRRC) filled square steel tube columns using the ABAQUS software. The analytical model was established by selecting the reasonable nonlinear analysis theory and the constitutive relationship of material in the columns. The nonlinear analysis of failure modes, deformation characteristics, stress nephogram, and load-strain curves of columns under axial loads was performed in detail. Meanwhile, the influences of recycled coarse aggregate (RCA) replacement percentage, profile steel ratio, width thickness ratio of square steel tube, RAC strength and slenderness ratio on the axial compression behavior of columns were also analyzed carefully. It shows that the results of finite element analysis are in good agreement with the experimental results, which verifies the validity of the analytical model. The axial bearing capacity of columns decreased with the increase of RCA replacement percentage. While the increase of wall thickness of square steel tube, profile steel ratio and RAC strength were all beneficial to improve the bearing capacity of columns. Additionally, the parameter analysis of finite element analysis on the columns was also carried out by using the above numerical model. In general, the SRRC filled square steel tube columns have high bearing capacity and good deformation ability. On the basis of the above analysis, a modified formula based on the American ANSI/AISC 360-10 was proposed to calculate the nominal axial bearing capacity of the columns under axial loads. The research conclusions can provide some references for the engineering application of this kind of columns.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.9
no.1
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pp.101-111
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2005
In this study, it is investigated the modified modulus of elasticity of the reinforced concrete columns including the longitudinal reinforcing steels as well as the confinement effect of the core concrete due to the transverse reinforced steel through the literature reviews. Equations are derived in order to evaluate the modified modulus of elasticity for the reinforced compressive concrete including the confinement effect. The finite element analysis for the 20 story reinforced concrete building is undertaken as a case study depending on the steel ratio and modulus of elasticity, and the analysis results are discussed.
Genetic Algorithms (GAs) have found the best design for reinforced concrete frames. The design of the optimum beam sections by GAs has been unified. The process of the optimum-design sections has satisfied axial, flexural, shear and torsion necessities based on the designing code. The frames' function has contained the function of both concrete and reinforced steel besides the function of the frames' formwork. The results have revealed that limiting the dimension of frame-beam with the dimension of frame-column have increased the optimum function of the structure, thereby reducing the reanalysis requirement for checking the optimum-designed structures through GAs.
It is essential to properly understand the seismic behavior of reinforced concrete (RC) columns confined by stirrups that experience different corrosion rates. The current study investigated the effect of seismic performance indicators such as strength loss, energy dissipation rate, ductility and hysteresis damping on specimens and models for different stirrup corrosion rates. Analysis revealed the adverse effects of corrosion on the bond performance between the concrete and steel bars which affected the seismic performance of the columns. It was found that with increasing corrosion rate, ductility and energy dissipation of the specimens decreased. Compared with the uncorroded specimen, the ductility factor and energy dissipation decreased observably, by 22.89% and 60.64%, respectively. An attenuation relationship is proposed for the corrosion rate of the stirrups for different stirrup yield strengths, concrete compressive strengths, concrete covers and stirrup spacing.
In this study, a procedure of performance-based design for the seismic retrofit of reinforced concrete columns strengthened by steel jackets has been presented. In order to predict the target displacement of retrofitted columns, a nonlinear analysis of reinforced concrete columns retrofitted with steel jackets has been developed based on a segmental model with the fiber cross-sectional approach. The seismic displacement level of retrofitted columns is estimated both by the direct displacement-based design method and by the displacement coefficient method. In examples of seismic retrofitted columns, the current seismic retrofit procedure gives good results in improvements of displacement levels and displacement ductilities of retrofitted columns.
Han, Taek Hee;Kim, Jung Hun;Lim, Nam Hyoung;Kang, Young Jong
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.20
no.2
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pp.215-226
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2008
A column test was performed for a hollow composite column to evaluate its seismic performance. The seismic performances of a hollow composite column and a reinforced concrete (RC) column were evaluated and compared by quasi-static tests. Lateral displacements and lateral loads of the column specimens were measured during tests. Ductilities, absorbed energy, equivalent damping ratios, and damage indices were calculated from the recorded data. From the test results, the hollow composite column showed a seismic performance superior to the column in terms of double moment capacity, ultimate energy, and energy absorption.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1992.04a
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pp.53-58
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1992
This research is related to the experimental investigation of the inelastic behavior of R/C columns with high strength concrete. A total of eight specimens have been tested with different span ratios, steel reinforcements and load applications. Through tests bending moments were applied incrementally while axial forces being kept constantly at 80 tons. Careful observation were given to initial crack formation, crack patterns and propagation paths. Comparative studies have been made on the load carrying capacity for R/C columns with high strength concrete versus normal strength concrete.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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