Most of the recent studies have improved the efficiency of FRP jackets for increasing the compressive strength, shear strength, and ductility of reinforced concrete columns; however, the influence of FRP jackets on the flexural capacity is slight. Although new methods such as NSM (near surface mounted) are utilized to solve this problem, yet practical difficulties, behavior dependency on adhesives, and brittle failure necessitate finding better methods. This paper presents the results of an experimental study on the application of fiber-reinforced polymer fastened mechanically to the concrete columns to improve the flexural capacity of RC columns. For this purpose, mechanical fasteners were used to achieve the composite behavior of FRP and concrete columns. The experimental program included five reinforced concrete columns retrofitted by different methods using FRP subjected to constant axial compression and lateral cyclic loading. The experimental results showed that the use of the new method proposed in this paper increased the flexural strength and lateral load capacity of the columns significantly, and good composite action of FRP and RC column was achieved. Moreover, the experimental results were compared with the results obtained from the analytical study based on strain compatibility, and good proximity was reached.
The longitudinal steel connection of reinforced concrete bridge column is sometimes practically unavoidable, however the current Korean bridge design specifications have no special provisions about lap-splices of longitudinal steel. This paper reports experimental results of a research program investigating the seismic performance of circular RC bridge columns with respect to longitudinal steel connection detailing. Twenty-one circular column specimens were tested under quasi-static test. The columns with the entire longitudinal steel lap-spliced within plastic hinge region show relatively sudden strength degradation and low ductility than the columns with continuous longitudinal steel and the columns with half of longitudinal steel lap-spliced. However, the seismic performance of the column with mechanically connected longitudinal steel is similar to that of the column with continuous longitudinal steel. The final objectives of this study are to suggest appropriate longitudinal reinforcement connection details for the limited ductility design concept and to provide quantitative reference data and tendency for performance or damage assessment based on the performance levels such as cracking, yielding, collapse, etc. Ultimate displacement/drift ratio, displacement ductility, response modification factor, equivalent viscous damping ratio, residual deformation index, and effective stiffness are investigated and discussed in this paper.
In the field of composite structures, the use of carbon tube for the confinement of concrete has been arisen since 1990's. However, experimental and analytical studies were limited to those of reinforced concrete and concrete filled steel tube. The carbon tube provides excellent confinement capabilities for concrete cores, enhancing compressive strength and ductility of concrete significantly. The carbon tube has high tensile strength, light weight, corrosion immunity and high fatigue strength properties. Since carbon fiber is an anisotropic material, carbon tube could be optimized by adjusting the fiber orientation, thickness and the number of different layers. In this study, both experimental and analytical studies of axial and lateral behavior of full-scale CFCT (Concrete Filled Carbon Tube) columns subjected to monotonic axial load were carried out using Drucker-Prager theory. And, based on comparison results between experiment results and analytical results, k factor estimation was proposed for effective analysis.
Residual capacity is defined as the load carrying capacity of an RC column after undergoing severe damage. Evaluation of residual capacity of RC columns is necessary to avoid damage initiation in RC structures. The central aspect of the current research is to propose an empirical formula to estimate the residual capacity of RC columns after undergoing severe damage. This formula facilitates decision making of whether a replacement or a repair of the damaged column is adequate for further use. Available literature mainly focused on the simulation of explosion loads by using simplified pressure time histories to develop residual capacity of RC columns and rarely simulated the actual explosive. Therefore, there is a gap in the literature concerning general relation between blast damage of columns with different explosive loading conditions for a reliable and quick evaluation of column behavior subjected to blast loading. In this paper, the Arbitrary Lagrangian Eulerian (ALE) technique is implemented to simulate high fidelity blast pressure propagations. LS-DYNA software is utilized to solve the finite element (FE) model. The FE model is validated against the practical blast tests, and outcomes are in good agreement with test results. Multivariate linear regression (MLR) method is utilized to derive an analytical formula. The analytical formula predicts the residual capacity of RC columns as functions of structural element parameters. Based on intensive numerical simulation data, it is found that column depth, longitudinal reinforcement ratio, concrete strength and column width have significant effects on the residual axial load carrying capacity of reinforced concrete column under blast loads. Increasing column depth and longitudinal reinforcement ratio that provides better confinement to concrete are very effective in the residual capacity of RC column subjected to blast loads. Data obtained with this study can broaden the knowledge of structural response to blast and improve FE models to simulate the blast performance of concrete structures.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.04a
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pp.153-156
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2008
The objective of the present study is to evaluate the flexural behavior of reinforced concrete columns externally strengthened with wire rope and T-shape steel plate units. Three strengened columns and a control unstrengthened column were tested under cyclic lateral load simultaneously subjected to a constant axial load. All columns had same section size, and the arrangement of longitudinal reinforcement and internal hoop. The spacing of wire rope range from 40 ${\sim}$ 80mm, which corresponds from 1.0 ${\sim}$ 0.5, respectively, times the minium amount of hoop specified in seismic design of ACI 318-05. Test results showed that the proposed unbonded-type strengthening procedure is very effective for improving the flexural ductility of reinforced concrete columns.
The behavior of concrete structures subject to fire is complex, depending on many factors. The factors usually considered in research include the level and endurance of temperatures in concrete and reinforcing bars, the mechanical properties of the steel and concrete, moisture contents, cover thickness, existence of eccentricity, and member geometry among others. Although there are a few sophisticated numerical models which can trace the effects of these important parameters on the residual capacity of reinforced concrete columns damaged by fire, practical predictive formulas are in need for rapid yet reasonable assessment in practice. The practical formulas are developed in this study for fire-damaged normal strength reinforced concrete square columns, which can approximate the predictions of those sophisticated numerical models with ease in use. The formulas take into account the effects of exposure time to fire, concrete strength, reinforcement ratio and sectional area. The developed formulas are seen to correlate with the predictions of numerical model in a reasonable agreement. Some examples are also presented in determining the residual strength, safety and additionally needed strengths for a fire-damaged reinforced concrete column.
Ultra-High-Performance Steel Fiber-Reinforced Concrete (SUPER Concrete) exhibits improved compressive and tensile strengths far superior to those of conventional concrete. These characteristics can significantly reduce the cross sectional area of the member and the anchorage strength of a headed bar is expected to be improved. In this study, the anchorage strengths of headed bars with $4d_b$ or $6d_b$ embedment length were evaluated by simulated exterior beam-column joint tests where the headed bars were used as beam bars and the joints were cast of 120 or 180 MPa SUPER Concrete. In all specimens, the actual yield strengths of the headed bars over 600 MPa were developed. Some headed bars were fractured due to the high anchorage capacity in SUPER Concrete. Therefore, the headed bar with only $4d_b$ embedment length in 120 MPa SUPER Concrete can develop a yield strength of 600 MPa which is the highest design yield strength permitted by the KCI design code. The previous model derived from tests with normal concrete and the current design code underestimate the anchorage capacity of the headed bar anchored in SUPER Concrete. Because the previous model and the current design code do not consider the effects of the high tensile strength of SUPER Concrete. From a regression analysis assuming that the anchorage strength is proportional to $(f_{ck})^{\alpha}$, the model for predicting anchorage strength of headed bars in SUPER Concrete is developed. The average and coefficient of variation of the test-to-prediction values are 1.01 and 5%, respectively.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.22
no.1
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pp.116-122
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2021
This study quantitatively evaluated the performance improvement of a circular reinforced concrete pier under dynamic load with strengthening using a steel plate. Various three-dimensional elements were applied using the finite element program ABAQUS. The analytical parameters included the ratios of the steel cover length to the pier's total height and the ratios of the steel cover thickness to the pier diameter for inelastic-nonlinear analysis. The lower part of the pier had fixed boundary conditions, and lateral repetitive loads were applied at the top of the pier. The pier was investigated to evaluate the dynamic performance based on the load-displacement curve, stress-strain curve, ductility, energy absorption capability, and energy ratio. The yield and ultimate loads of piers with steel covers increased by 3.76 times, and the energy absorption capability increased by 4 times due to the confinement effects caused by the steel plate. A plastic hinge part of the column with a steel plate improved the ductility, and the thicker the steel plate was, the greater the energy absorption capacity. This study shows that the reinforced pier should be improved in terms of the seismic performance.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2001.11a
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pp.35-40
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2001
The exact solution of strength of reinforced concrete RC columns subjected to axial compression combined with biaxial bending needs trial and adjustment procedure to find the depth and inclination of the neutral axis. Thus, approximate methods of analysis and design for biaxial bending are used in practice. Load contour interprets the relation of biaxial bending and equivalent uniaxial bending by u factor which is related to material properties and column shapes. The purpose of this study is to investigate the behavior of high strength RC columns subjected to the combined axial compression and biaxial bending. Fifteen test specimens with dimensions of 200mm$\times$200mm and 4-Dl3 longitudinal steel were examined. The variable of the test is compressive strength of concrete (350, 585, 650kgf/$cm^{2}$), compression load ratio (0.2$P_{o}}$, 0.35$P_{o}}$, 0.5$P_{o}}$), and inclination of loading ($\theta$=0, 22.5, $45^{\circ}$). Test results of coefficient $\alpha$ depending on the compressive strength of concrete are compared with ACI code.
The purposes of this study are to verify the existing model and to propose a rational model for the fracture characteristic of reinforcing steel which is manufactured in Korea being subjected to cyclic loading. This investigation deals with modeling of the low-cycle fatigue behavior for longitudinal reinforcement steel of reinforced concrete bridge substructure (piles and columns of piers). The proposed low-cycle model of longitudinal steel is modeled based on 81 experimental data. The non-linear analysis program was developed using the proposed low-cycle model. The non-linear analysis are applied to the 6 circular bridge column test results and the accuracy of proposed model is discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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