The interaction between blast load and structures, as well as the interaction among structural members may well affect the structural response and damages. Therefore, it is necessary to analyse more realistic reinforced concrete structures in order to gain an extensive knowledge on the possible structural response under blast load effect. Among all the civilian structures, columns are considered to be the most vulnerable to terrorist threat and hence detailed investigation in the dynamic response of these structures is essential. Therefore, current research examines the effect of blast loads on the reinforced concrete columns via development of Pressure- Impulse (P-I) diagrams. In the finite element analysis, the level of damage on each of the aforementioned RC column will be assessed and the response of the RC columns when subjected to explosive loads will also be identified. Numerical models carried out using LS-DYNA were compared with experimental results. It was shown that the model yields a reliable prediction of damage on all RC columns. Validation study is conducted based on the experimental test to investigate the accuracy of finite element models to represent the behaviour of the models. The blast load application in the current research is determined based on the Lagrangian approach. To develop the designated P-I curves, damage assessment criteria are used based on the residual capacity of column. Intensive investigations are implemented to assess the effect of column dimension, concrete and steel properties and reinforcement ratio on the P-I diagram of RC columns. The produced P-I models can be applied by designers to predict the damage of new columns and to assess existing columns subjected to different blast load conditions.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2015.11a
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pp.168-169
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2015
SMART Frame is a composite precast concrete structure system to deliver the advantages of both steel frame and reinforced concrete. Many studies have established to date that SMART Frame is more advantageous than conventional frame-type structure in terms of structural stability, constructability, economic viability as well as reduction of construction schedule. However, such studies have focused primarily on wall-type or flat slab-type apartment housing structures, failing to include Rahmen structures in their scope. Accordingly, this study aims to analyze the benefits of potential application of SMART Frame to RC Rahmen structures. As the structural stability and constructability of SMART Frame is already proven, this study reviews its benefits from the perspective of cost reduction. Conclusion of this study will be used subsequently in predicting the benefits of SMART Frame when it is adapted to RC Rahmen structures.
Optimum cost design of columns subjected to axial force and uniaxial bending moment is presented in this paper. In the formulation of the optimum design problem, the height and width of the column, diameter and number of reinforcement bars are treated as design variables. The design constraints are implemented according to ACI 318-08 and studies in the literature. The objective function is taken as the cost of unit length of the column consisting the cost of concrete, steel, and shuttering. The solution of the design problem is obtained using the artificial bee colony algorithm which is one of the recent additions to metaheuristic techniques. The Artificial Bee Colony Algorithm is imitated the foraging behaviors of bee swarms. In application of this algorithm to the constraint problem, Deb's constraint handling method is used. Obtained results showed that the optimum value of numerical example is nearly same with the existing values in the literature.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.25
no.3
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pp.219-226
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2012
Columns are the key elements supporting load in structure. Column failure causes the structure to collapse. It is important to evaluate residual strength for damaged columns under blast load for preventing progressive collapse. In this paper, columns were investigated to compare the blast resistance on the change of the number of steel bars within the range of reinforcement ratio. And this study was carried out 4 different analytical models to evaluate effects of aspect ratio. The results indicate that the vertical strain was unaffected by the number of steel bars and aspect ratio. As the number of steel bars facing blast load increase, the blast resisting capacity of the columns was improved in the lateral strain. Also, the analysis results showed that a large moment of inertia of area, as compared to a small one would be superior in residual strength as well as force of restitution.
Biao Liu;Zhengzhong Wang;Bo Zhang;Ningjun Du;Mingxia Gao;Guoliang Bai
Steel and Composite Structures
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v.46
no.2
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pp.221-236
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2023
In order to study the seismic response of the main plant of steel reinforced concrete (SRC) structure of the CAP1400 nuclear power plant under the influence of different high-mode vibration, the 1/7 model structure was manufactured and its dynamic characteristics was tested. Secondly, the finite element model of SRC frame-bent structure was established, the seismic response was analyzed by mode-superposition response spectrum method. Taking the combination result of the 500 vibration modes as the standard, the error of the base reactions, inter-story drift, bending moment and shear of different modes were calculated. Then, based on the results, the influence of high-mode vibration on the seismic response of the SRC frame-bent structure of the main plant was analyzed. The results show that when the 34 vibration modes were intercepted, the mass participation coefficient of the vertical and horizontal vibration mode was above 90%, which can meet the requirements of design code. There is a large error between the seismic response calculated by the 34 and 500 vibration modes, and the error decreases as the number of modes increases. When 60 modes were selected, the error can be reduced to about 1%. The error of the maximum bottom moment of the bottom column appeared in the position of the bent column. Finally, according to the characteristics of the seismic influence coefficient αj of each mode, the mode contribution coefficient γj•Xji was defined to reflect the contribution of each mode to the seismic action.
A bearing failure in RCS(Reinforced Concrete Column and Steel Beam) system is recognized as one of the distinct joint failure modes for the composite frames. Vertical and transverse reinforcement in addition to concrete are effective for better transfer of vortical forces through concrete bearing. To examine the effect of the vertical bars, tie bars, a U-type detail developed in this study and concrete confinement, local bearing tests were conducted using 22 small-scale concrete block specimens. Test results show that vertical reinforcement and tie bars mainly contribute to the bearing capacity. However larger amounts of tie reinforcement are required than those recommend from ASCE guidelines, to apply the nominal concrete strength as 2 $f_{ck}$ over the bearing area. Cross ties are proved to be highly effective for resisting the vertical forces. Maximum bearing strength can be increased upto 2.5 $f_{ck}$ . An accurate prediction model for bearing strength is proposed for better design of the composite Joint.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.21
no.6
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pp.311-322
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2017
In this study, the seismic performance of concrete-steel composite moment frame structures equipped with seismic retrofitting systems such as seismic reinforcement, base isolators, and bracing members, which are typical earthquake damage mitigation systems, is evaluated through nonlinear dynamic analyses. A total of five frame models were designed and each frame model was developed for numerical analyses. A total of 80 ground acceleration data were used to perform the nonlinear dynamic analysis to measure ground shear force and roof displacement, and to evaluate the behavioral performance of each frame model by measuring inter-story drift ratios. The analysis results indicate that the retrofitting device of the base isolator make a significant contribution to generating relatively larger absolute displacement than other devices due to flexibility provided to interface between ground and column base. However, the occurrence of the inter-story drift ratio, which is a relative displacement that can detect the damage of the structure, is relatively small compared with other models. On the other hand, the seismic reinforced frame model enhanced with the steel plate at the lower part of the column was found to be the least efficient.
In this study, two beam-column elements based on the Elasto-Fiber element theory for reinforced concrete (RC) element have been developed and compared with each other. The first element is based on Elasto Fiber Approach (EFA) was initially developed for steel structures and this theory was applied for RC element in there and the second element is called as Fiber & Bernoulli-Euler element approach (FBEA). In this element, Cubic Hermitian polynomials are used for obtaining stiffness matrix. The beams or columns element in both approaches are divided into a sub-element called the segment for obtaining element stiffness matrix. The internal freedoms of this segment are dynamically condensed to the external freedoms at the ends of the element by using a dynamic substructure technique. Thus, nonlinear dynamic analysis of high RC building can be obtained within short times. In addition to, external loads of the segment are assumed to be distributed along to element. Therefore, damages can be taken account of along to element and redistributions of the loading for solutions. Bossak-${\alpha}$ integration with predicted-corrected method is used for the nonlinear seismic analysis of RC frames. For numerical application, seismic damage analyses for a 4-story frame and an 8-story RC frame with soft-story are obtained to comparisons of RC element according to both approaches. Damages evaluation and propagation in the frame elements are studied and response quantities from obtained both approaches are investigated in the detail.
Dong-Hwan Kim;Min-Su Jo;Jin-Hyeung Choi;Woo-Rae Cho;Kil-Hee Kim
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.27
no.1
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pp.78-85
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2023
This study evaluates the performance of reinforced concrete columns using hybrid fiber sheets for structural behavior. The purpose of this method is to improve the load-bearing capacity of the reinforced structure by impregnating a hybrid fiber sheet, which is woven by arranging aramid and glass fibers uniaxially and attached to an aged concrete structure requiring reinforcement with epoxy. In particular, not only the weight reduction of the material obtained by using a fiber lighter than the steel material, but also the low-strength, high-toughness fiber element among the fibers used delays the brittle fracture of the high-strength, low-toughness fiber element. The low-strength, high-toughness fiber element among the fibers used delays the brittle fracture of the high-strength, low-toughness fiber element, resulting in weight reduction compared to steel. The study conducted structural tests on four specimens, with the hybrid reinforcement method and failure mode as main variables. Specimen size and loading conditions were chosen to be comparable with previous studies. The structural performance of the specimen was evaluated using energy dissipation capacity and ductility. Analysis shows that excellent results can be obtained with the hybrid fiber sheet reinforcement.
This study proposed to beam-column joint model consisting of different type structural member to develop new structural system in the structural viewpoint as to a method to overcome various problem according to change of construction environment. This study promoted rigidity and capacity to stiffen reinforced concrete for steel structure end to increase rigidity of long spaned steel beam, and welt to steel flange to anchor U-shaped main bar of SRC structure end to easy stress flow between the different type structure. Through the series of experiments, proposed to possibility of this joint model, and investigated joint rigidity and capacity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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