Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2001.04a
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pp.345-352
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2001
Recent destructive seismic events demonstrated the importance of mitigating human casualties and serious property damages in design and construction of structures. The Korean Bridge Design Specifications (1992) adopted seismic design requirements based on the AASHTO specification, and minor modification was made in 2000. The longitudinal steel connection of reinforced concrete bridge column is sometimes practically unavoidable. The longitudinal reinforcement details affect seisimc performance such as flexural failure and shear failure. This research aims to develop longitudinal steel connection details with confinement steel by experimental study for seismic performance of reinforced concrete bridge columns. Quasi-static test under three different axial load levels was conducted for 12 spiral column specimens. All the column specimens had the same aspect ratio of 3.5. The column specimens were transversely reinforced with spiral and with five different longitudinal steel connection. The final objective of this study is to suggest appropriate longitudinal reinforcement connection details for the limited ductility design concept and improve construction quality.
In locations where the cost or concrete is relatively high, or in situations where the weight or concrete members is to be kept to a minimum, it may be economical to use hollow reinforced concrete vertical members. Hollow reinforced concrete columns with low axial load, moderate longitudinal steel percentage, and a reasonably thick wall were found to perform in a ductile manner at the flexural strength, similar to solid columns. However, hollow reinforced concrete columns with high axial load, high longitudinal steel percentage, and a thin wall were found to behave in a brittle manner at the flexural strength, since the neutral axis is forced to occur away from the inside face of the tube towards the section centroid and, as a result, crushing of concrete occurs near the unconfined inside face of the section. If, however, a steel tube is placed near the inside face of a circular hollow column, the column can be expected not to fail in a brittle manner by disintegration of the concrete in the compression zone. Design recommendation and example by moment-curvature analysis program for curvature ductility are presented. Theoretical moment-curvature analysis for reinforced concrete columns, indicating the available flexural strength and ductility, can be conducted providing the stress-strain relation for the concrete and steel are known. In this paper, a unified stress-stain model for confined concrete by Mander is developed for members with circular sections.
A nonlinear semi-three-dimensional layered finite element procedure is developed for cracking and failure analysis of reinforced concrete beams and the spandrel beam-column-slab connections of flat plates. The layered element approach takes the elasto-plastic failure behaviour and geometric nonlinearity into consideration. A strain-hardening plasticity concrete model and a smeared steel model are incorporated into the layered element formulation. Further, shear failure, transverse reinforcement, spandrel beams and columns are successfully modelled. The proposed method incorporating the nonlinear constitutive models for concrete and steel is implemented in a finite element program. Test specimens including a series of reinforced concrete beams and beam-column-slab connections of flat plates are analysed. Results confirm the effectiveness and accuracy of the layered procedure in predicting both flexural and shear cracking up to failure.
Divyah, N.;Prakash, R.;Srividhya, S.;Sivakumar, A.
Structural Engineering and Mechanics
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v.83
no.3
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pp.387-400
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2022
The practice of using encased steel-concrete columns in medium to high-rise structures has expanded dramatically in recent years. The study evaluates existing methodologies and codal guidelines for estimating the ultimate load-carrying characteristics of concrete-encased short columns experimentally. The present condition of composite column design methods was analyzed using the Egyptian code ECP203-2007, the American Institute of Steel Construction's AISC-LRFD-2010, Eurocode EC-4, the American Concrete Institute's ACI-318-2014, and the British Standard BS-5400-5. According to the codes, the axial load carrying characteristics of both the encased steel and concrete sections was examined. The effect of load-carrying capacities in different forms of encased steel sections on encased steel-concrete columns was studied experimentally. The axial load carrying capacity of twelve concrete-encased columns and four conventional reinforced columns were examined. The conclusion is that the confinement was not taken into account when forecasting the strength and ductility of the encased concrete, resulting in considerable disparities between codal provisions and experimental results. The configuration of the steel section influenced the confining effect. Better confinement is achieved with the laced and battened section than with the infilled steel tube reinforced and conventionally reinforced section. The ECP203-2007 code reported the most conservative results of all the codes used.
The use of fiber reinforced polymer (FRP) reinforcement in concrete structures has been on the rise due to its advantages over conventional steel reinforcement such as corrosion. Reinforcing steel corrosion has been the primary cause of deterioration of reinforced concrete (RC) structures, resulting in tremendous annual repair costs. One application of FRP reinforcement to be further explored is its use in RC frames. Nonetheless, due to FRP's inherently elastic behavior, FRP-reinforced (FRP-RC) members exhibit low ductility and energy dissipation as well as different damage mechanisms. Furthermore, current design standards for FRP-RC structures do not address seismic design in which the beam-column joint is a key issue. During an earthquake, the safety of beam-column joints is essential to the whole structure integrity. Thus, research is needed to gain better understanding of the behavior of FRP-RC structures and their damage mechanisms under seismic loading. In this study, two full-scale beam-column joint specimens reinforced with steel and GFRP configurations were tested under quasi-static loading. The control steel-reinforced specimen was detailed according to current design code provisions. The GFRP-RC specimen was detailed in a similar scheme. The damage in the two specimens is characterized to compare their performance under simulated seismic loading.
Beam-column joints are highly vulnerable locations which are to be designed for high ductility in order to take care of unexpected lateral forces such as wind and earthquake. Previous investigations reveal that the addition of steel fibres to concrete improves its ductility significantly. Also, due to presence of slab the strength and ductility of the beam increases considerably and ignoring the effect of slab can lead to underestimation of beam capacity and defiance of strong column weak beam concept. The influence of addition of steel fibres on the strength and behaviour of steel fibre reinforced high performance concrete (SFRHPC) interior beam-column-slab joints was investigated experimentally. The specimens were subjected to reverse cyclic loading. The variable considered was the volume fraction of crimped steel fibres i.e., 0%, 0.5% and 1.0%. The results show that the addition of steel fibres improves the first crack load, strength, ductility, energy absorption capacity and initial stiffness of the beam.
This paper presents an analytical procedure for the analysis of high strength steel fiber reinforced concrete members considering the cracking effect in the serviceability loading range. Modifications to a previously proposed formula for the effective moment of inertia are presented. Shear deformation effect is also taken into account in the analysis, and the variation of shear stiffness in the cracked regions of members has been considered by reduced shear stiffness model. The effect of steel fibers on the behavior of reinforced concrete members have been investigated by the developed computer program based on the aforementioned procedure. The inclusion of steel fibers into high strength concrete beams and columns enhances the effective moment of inertia and consequently reduces the deflection reinforced concrete members. The contribution of the shear deformation to the total vertical deflection of the beams is found to be lower for beams with fibers than that of beams with no fibers. Verification of the proposed procedure has been confirmed from series of reinforced concrete beam and column tests available in the literature. The analytical procedure can provide an accurate and efficient prediction of deflections of high strength steel fiber reinforced concrete members due to cracking under service loads. This procedure also forms the basis for the three dimensional analysis of frames with steel fiber reinforced concrete members.
Park, Jai Woo;Kim, Jin Ho;Hong, Young Kyun;Hong, Gi Soup
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.19
no.4
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pp.403-411
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2007
CFT (Concrete filled steel tube) column has become popular for building construction due to not only its composite effect but also economic effect. However, the conventional CFT column also has its own disadvantages having plastic buckling at the end of column followed by the reduction of strength by yielding of steel tube. An experiment on TR-CFT (Transversely reinforced CFT) column are conducted for making up for conventional CFT column's disadvantages. The experiment parameters are strength of concrete, the layer numbers of carbon fiber sheet. In this study, hysteretic curve, initial stiffness, strength, plastic deformation capacity, and dissipated energy are compared and analyzed between CFT and TR-CFT columns.
When strong seismic forces act on reinforced concrete structures, their beam-column connections are very susceptible to damage during the earthquake event. The aim of this numerical work is to evaluate the influence of the internal steel reinforcement array on the nonlinear response of a RC beam-column connection when it is subjected to strong cyclic loading -as a seismic load. For this, two specimens (extracted from an experimental test of 12 RC beam-column connections reported in literature) were modeled in the Finite Element code FEAP considering different stirrup's arrays. In order to evaluate the nonlinear response of the RC beam-column connection, the 2D model takes into account the nonlinear thermodynamic behavior of each component: for concrete, a damage model is used; for steel reinforcement, it is adopted a classical plasticity model; in the case of the steel-concrete bonding, this one is considered perfect without degradation. At the end, we show a comparison between the experimental test's responses and the numerical results, which includes the distribution of shear stresses and damage inside the concrete core of the beam-column connection; in the other hand, the effects on the connection of a low and high state of confinement are analyzed for all cases.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.12
no.3
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pp.29-36
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2008
The TR-CFT(Transversely Reinforced Concrete Filled Steel Tube) column is proposed to control or at least delay the state of local buckling at the critical section by wrapping the CFT columns with a carbon fiber sheet. In this study, an equation to determine the flexural strength of TR-CFT is proposed. The ACI-318 code, in which the contribution of the confining effect in the concrete filled steel tube is not appropriately accounted for, may be conservative. Therefore, flexural strength design equations for CFT columns and TR-CFT columns are proposed based on the concrete strain-stress curve, which contributes to the confining effect. Finally, the predicted results for the CFT and TR-CFT columns are shown to be in good agreement with actual test results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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