This paper investigates the effect of aftershocks on the seismic performance of self-centering (SC) prestressed concrete frames using the probabilistic seismic demand analysis methodology. For this purpose, a 4-story SC concrete frame and a conventional reinforced concrete (RC) frame are designed and numerically analyzed through nonlinear dynamic analyses based on a set of as-recorded mainshock-aftershock seismic sequences. The peak and residual story drifts are selected as the demand parameters. The probabilistic seismic demand models of the SC and RC frames are compared, and the SC frame is found to have less dispersion of peak and residual story drifts. The results of drift demand hazard analyses reveal that the SC frame experiences lower peak story drift hazards and significantly reduced residual story drift hazards than the RC frame when subjected to the mainshocks only or the mainshock-aftershock sequences, which demonstrates the advantages of the SC frame over the RC frame. For both the SC and RC frames, the influence of as-recorded aftershocks on the drift demand hazards is small. It is shown that artificial aftershocks can produce notably increased drift demand hazards of the RC frame, while the incremental effect of artificial aftershocks on the drift demand hazards of the SC frame is much smaller. It is also found that aftershock polarity does not influence the drift demand hazards of both the SC and RC frames.
This paper presents a numerical model for simulating the nonlinear response of reinforced concrete (RC) shear walls subject to cyclic loadings. The material behavior of cracked concrete is described by an orthotropic constitutive relation with tension-stiffening and compression softening effects defining equivalent uniaxial stress-strain relation in the axes of orthotropy. Especially in making analytical predictions for inelastic behaviors of RC walls under reversed cyclic loading, some influencing factors inducing the material nonlinearities have been considered. A simple hysteretic stress-strain relation of concrete, which crosses the tension-compression region, is defined. Modification of the hysteretic stress-strain relation of steel is also introduced to reflect a pinching effect depending on the shear span ratio and to represent an average stress distribution in a cracked RC element, respectively. To assess the applicability of the constitutive model for RC element, analytical results are compared with idealized shear panel and shear wall test results under monotonic and cyclic shear loadings.
Massimiliano Ferraioli;Biagio Laurenza;Angelo Lavino;Ciro Frattolillo;Gianfranco De Matteis
Steel and Composite Structures
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v.47
no.4
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pp.467-488
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2023
Seismic retrofit of an existing steel-reinforced concrete hospital building that features innovative use of a continuous energy-dissipative steel column (CEDC) system is presented in this paper. The special system has been adopted to provide an efficient solution taking into account the difficulties of applying traditional intervention techniques to minimize the impact on architectural functionality and avoid the loss of building function and evacuation during the retrofit implementation. The lateral stiffness and strength of the CEDC system were defined based on the geometric and mechanical properties of the steel strip dampers. The hysteretic behavior under cyclic loadings was defined using a simplified numerical model. Its effectiveness was validated by comparing the results of full-scale experimental data available from the literature. All the main design considerations of the retrofitting plan are described in detail. The effectiveness of the proposed retrofitting system was demonstrated by nonlinear time-history analyses under different sets of earthquake-strong ground motions. The analysis results show that the CEDC system is effective in controlling the deformation pattern and significantly reducing damage to the existing structure during major earthquakes.
The objective of this paper was to discuss the seismic performance of hybrid FRP-steel reinforced concrete shear wall with replaceable friction dampers at the feet of the wall. The hysteretic characteristics of five wall specimens were studied by pseudo-static loading tests. The results showed that the damage of the specimens was concentrated on the friction dampers, and the energy consumption capacity was increased while making up for the defect of low ductility of FRP reinforced wall specimens. And the repairability of the wall after earthquake was improved. Finally, a calculation method of initial stiffness of shear wall with replaceable dampers was proposed.
This study aims to investigate the flexural behaviour of glass fibre reinforced polymer (GFRP) laminated hybrid fibre reinforced concrete (HFRC) beams. The flexural and ductility performance of GFRP laminated HFRC beams having different proportions of polyolefin and steel fibres with 1.0% of total volume fraction were investigated. The parameters of this investigation included: load and deflection at first crack, yield, and ultimate stages, ductility and crack width. A total of seven beams of $150{\times}250mm$ in cross-section were tested in the laboratory over an effective span of 2800 mm. One reinforced concrete (RC) beam without any internal or external GFRP was taken as the reference beam. Of the remaining six beams, one beam was strengthened with GFRP, one beam with 100% steel fibres was strengthened with GFRP and four beams, each with different volume proportions of polyolefin and steel fibres (20:80, 30:70, 40:60, 50:50) were strengthened with GFRP. All the above beams were tested until failure. The experimental results show that a fibre volume proportion of 40:60 (polyolefin-steel) has significantly improved the overall performance of the tested beams.
Strengthening of existing old structures has traditionally been accomplished by using conventional materials and techniques, viz., externally bonded steel plates, steel or concrete jackets, etc. Alternatively, fibre reinforced polymer composite (FRPC) products started being used to overcome problems associated with conventional materials in the mid 1950s because of their favourable engineering properties. Effectiveness of FRPC materials has been demonstrated through extensive experimental research throughout the world in the last two decades. However there is a need to use refined analytical tools to simulate response of strengthened system. In this paper, an attempt has been made to develop a numerical model of strengthened reinforced concrete (RC) beams with FRPC laminates. Material models for RC beams strengthened with FRPC laminates are described and verified through a nonlinear finite element (FE) commercial code, with the help of available experimental data. Three dimensional (3D) FE analysis has been performed by assuming perfect bonding between concrete and FRPC laminate. A parametric study has also been performed to examine effects of various parameters like fibre type, stirrup's spacing, etc. on the strengthening system. Through numerical simulation, it has been shown that it is possible to predict accurately the flexural response of RC beams strengthened with FRPC laminates by selecting an appropriate material constitutive model. Comparisons are made between the available experimental results in literature and FE analysis results obtained by the present investigators using load-deflection and load-strain plots as well as ultimate load of the strengthened beams. Furthermore, evaluation of crack patterns from FE analysis and experimental failure modes are discussed at the end.
Due to the reduction of bond strength resulting from the high corrosion level of reinforcing bars, influence of this reduction on flexural capacity of reinforced concrete (RC) beam should be considered. An extreme case is considered, where bond strength is complete lost and/or the tensile steel are exposed due to heavy corrosion over a fraction of the beam length. A compatibility condition of deformations of the RC beam with partially unbonded length is proposed. Flexural capacity of this kind of RC beam is predicted by combining the proposed compatibility condition of deformations with equilibrium condition of forces. Comparison between the model's predictions with the experimental results published in the literature shows the practicability of the proposed model. Finally, influence of some parameters on the flexural capacity of RC beam with partially unbonded length is discussed. It is concluded that the flexural capacity of the beam may not be influenced by the completely loss of bond of the whole beam span as long as the tensile steel can yield; whether or not the reduction of the flexural capacity of the beam resulting from the loss of bond over certain length may occur depends on the detailed parameters of the given beam.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.6
no.2
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pp.157-165
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2002
Nonlinear analysis of the reinforced concrete beam subjected to torsion is presented. Seventeen equations involving seventeen variables are derived from the equilibrium equation, compatibility equation, and the material constitutive laws to solve the torsion problem. Newton method was used to solve the nonlinear simultaneous equations and efficient algorithms are proposed. Present model covers the behavior of reinforced concrete beam under pure torsion from service load range to ultimate stage. Tensile resistance of concrete after cracking is appropriately considered. The softened concrete truss model and the average stress-strain relations of concrete and steel are used. To verify the validity of present model, the nominal torsional moment strengths according to ACI-99 code and the ultimate torsional moment by present model are compared to experimental torsional strengths of 55 test specimens found in literature. The ultimate torsional moment strengths by the present model show good results.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.17
no.4
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pp.1-8
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2013
Constitutive modeling of constituent materials is very important for reinforced concrete (RC) frames. Cyclic constitutive behavior of unconfined concrete, confined concrete and reinforcing steel should be well defined in fiber-based discretization of RC sections. This study performs nonlinear dynamic analyses of RC frame structures to investigate the sensitivity of seismic behavior of such frames to different constitutive models of constituent materials. The study specifically attempts to examine confinement effects in concrete modeling and degrading effects in steel modeling, which substantially affects the monotonic, cyclic and seismic responses of RC members and frames. Based on the system level analysis, it is shown that the response of non-ductile frames is less sensitive to confined concrete models while the modeling of reinforcing steel is quite influential to the inelastic response of both non-ductile and ductile frames.
Park, Jae-Guen;Lee, Kwang-Myong;Shin, Hyun-Mock;Park, Yoon-Je
Computers and Concrete
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v.4
no.2
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pp.119-134
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2007
External bonding of steel or FRP plates to reinforced concrete (RC) structures has been a popular method for strengthening RC structures; however, unexpected premature failure often occurs due to debonding between the concrete and the epoxy. We proposed a Coulomb criterion with a constant failure surface as the debonding failure criterion for the concrete-epoxy interface. Diagonal shear bonding tests were conducted to determine the debonding properties that were related to the failure criterion, such as the angle of internal friction and the coefficient of cohesion. In addition, an interface element that utilized the Coulomb criterion was implemented in a nonlinear finite element analysis program to simulate debonding failure behavior. Experimental studies and numerical analysies on RC beams strengthened by an externally bonded steel or FRP plate were used to determine the range of the coefficient of cohesion. The results that were presented prove that premature failure loads of strengthened RC beams can be predicted with using the bonding properties and the finite element program with including the proposed Coulomb criterion.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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