Kal, Kyoung Wan;Hwang, Jin Ha;Lee, Deuck Hang;Kim, Kang Su;Choi, Il Sup
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.16
no.1
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pp.78-88
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2012
Although structural concrete is well known for its good economic efficiency, it has limits of structural performance due to the low tensile strength, for which new structural members utilizing various concrete composite materials have been developed. Steel Fiber-Reinforced Concrete(SFRC) has great tensile strength, which is the one of the excellent composite material to complement the weakness of concrete, and it is also considered as a good alternative to prevent the explosive failure of high strength concrete under fire. Also, prestressed concrete members are of great advantages to long span structures and have greater shear strength compared to conventional reinforced concrete members. In this research, thus, a total of 22 direct shear test specimens were fabricated and tested to understand the shear behavior of Steel Fiber-Reinforced Prestressed Concrete(SFR-PSC) members, in which SFRC members combined with prestressing method. Based on the test results, the constitutive equations of shear behavior at crack interfaces were proposed, which provided good estimation on the shear behavior of the SFR-PSC direct shear test specimens.
This paper studies the reliability of an analytical tool for predicting the lateral load-deformation response of RC columns while subjected to lateral cyclic displacements and axial load. The analytical tool in this study is based on a fiber element model implemented into the program DRAIN-2DX (fiber element). The response of RC column under cyclic displacement is defined by the behavior of concrete, and reinforcing steel under general reversed-cyclic loading. A tri-linear stress-strain relationship for the cyclic behavior of steel is proposed and the improvement in the analytical results is studied. This study only considers the behavior of columns with flexural dominant mode of failure. It is concluded that with the implementation of appropriate constitutive material models, the described analytical tools can predict the response of the columns with reasonable accuracy when compared to experimental data.
This paper describes the numerical modelling of an interior slab-column connection to investigate the punching shear resistance of reinforced concrete (RC) slabs under fire conditions. Parameters of the study were the fire direction, flexural reinforcement ratio, load levels, shear reinforcement and compressive strength of concrete. Moreover, the efficiency of the insulating material, gypsum, in reducing the heat transferred to the slab was assessed. Validation studies were conducted comparing the simulation results to experiments from the literature and common codes of practice. Temperature dependencies of both concrete and reinforcing steel bars were considered in thermo-mechanical analyses. Results showed that there is a slight difference in temperature endurance of various models with respect to concrete with different compressive strengths. It was also concluded that compared to a slab without gypsum, 10-mm and 20-mm thick gypsum reduce the maximum heat transferred to the slab by 45.8% and 70%, respectively. Finally, it was observed that increasing the flexural reinforcement ratio changes the failure mode from flexural punching to brittle punching in most cases.
Kamanli, Mehmet;Korkmaz, Hasan H.;Unal, Alptug;Balik, Fatih S.;Bahadir, Fatih;Cogurcu, Mustafa T.
Earthquakes and Structures
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v.8
no.3
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pp.761-778
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2015
The objective of this paper is to report the result of an experimental program conducted on the strengthening of nonductile RC frames by using external mesh reinforcement and plaster application. The main objective was to test an alternative strengthening technique for reinforced concrete buildings, which could be applied with minimum disturbance to the occupants. Generic specimen is two floors and one bay RC frame in 1/2 scales. The basic aim of tested strengthening techniques is to upgrade strength, ductility and stiffness of the member and/or the structural system. Six specimens, two of which were reference specimens and the remaining four of which had deficient steel detailing and poor concrete quality were strengthened and tested in an experimental program under cyclic loading. The parameters of the experimental study are mesh reinforcement ratio and plaster thickness of the infilled wall. The effects of the mesh reinforced plaster application for strengthening on behavior, strength, stiffness, failure mode and ductility of the specimens were investigated. Premature and unexpected failure mode has been observed at first and second specimens failed due to inadequate plaster thickness. Also third strengthened specimen failed due to inadequate lap splice of the external mesh reinforcement. The last modified specimen behaved satisfactorily with higher ultimate load carrying capacity. Externally reinforced infill wall composites improve seismic behavior by increasing lateral strength, lateral stiffness, and energy dissipation capacity of reinforced concrete buildings, and limit both structural and nonstructural damages caused by earthquakes.
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.
Interaction of lateral loading, combined with axial force needs to be determined with care in reinforced concrete (RC) one-dimensional structural members (1D SMs) such as beam-columns (BCs) and columns. RC 1D SMs under heavy axial loading are known to fail by brittle mode and small lateral displacements. In this paper, a macro element-based algorithm is proposed to analyze the RC 1D SMs under monotonic or cyclic combined loading. The 1D SMs are discretized into macro-elements (MEs) located between the critical sections and the inflection points. The critical sections are discretized into fixed rectangular finite elements (FRFE). The nonlinear behavior of confined and unconfined concretes and steel elements are considered in the proposed algorithm. The proposed algorithm has been validated by the results of experimental tests carried out on full-scale RC structural members. The evolution of ultimate strain at extreme compression fiber of a rectangular RC section for different orientations of lateral loading shows that the ultimate strain decreases with increasing the axial force. In the examined cases, this ultimate strain ranges from 0.0024 to 0.0038. Therefore, the 0.003 value given by ACI-318 code for ultimate strain, is not conservative and valid for the combined load cases with significant values of axial force (i.e. for the axial forces heavier than 70% of the ultimate axial force).
The fundamental period (FP) is one of the most critical parameters for the seismic design of structures. In the reinforced concrete (RC) infilled frame, the infill walls significantly affect the FP because they change the stiffness and mass of the structure. Although several formulas have been proposed for estimating the FP of the RC infilled frame, they are often associated with high bias and variance. In this study, an efficient soft computing model, namely the group method of data handling (GMDH), is proposed to predict the FP of regular RC infilled frames. For this purpose, 4026 data sets are obtained from the open literature, and the quality of the database is examined and evaluated in detail. Based on the cleaning database, several GMDH models are constructed and the best prediction model, which considers the height of the building, the span length, the opening percentage, and the infill wall stiffness as the input variables for predicting the FP of regular RC infilled frames, is chosen. The performance of the proposed GMDH model is further underscored through comparison of its FP predictions with those of existing design codes and empirical models. The accuracy of the proposed GMDH model is proven to be superior to others. Finally, explicit formulas and a graphical user-friendly interface (GUI) tool are developed to apply the GMDH model for practical use. They can provide a rapid prediction and design for the FP of regular RC infilled frames.
An accumulated crack damage which propagates progressively with time was frequently observed on several engineering structures, This paper numerically demonstrates this damage process on large cooling tower shells under thermal and wind loads. Damage states under varying loads are investigated and the influence of this progressive damage process on the life-cycle of cooling towers discussed. The paper presents briefly some fundamentals of the geometrically and physically non-linear numerical analysis employed for reinforced concrete, especially concerning the models used for concrete, steel reinforcement and the bond between them. As a numerical example an existing cooling tower with noticeable meridian crack damage is analysed. The existing damage state of the cooling tower is determined by quasi-static analyses for temperature, hygric and cyclic wind leading. The change in the dynamical behaviour of the structure as mirrored in its natural frequencies and mode shapes is presented and discussed. Finally, the example shows that such damage processes develop progressively over the life-time of the structures.
Over the last few decades, many researches have been conducted in order to find solution to the problem of corrosion in steel reinforced concrete. As a result, methods such as the use of stainless steel bars, epoxy coatings, and concrete additives, etc., have been tried. While effective in some situations, such remedies may still be unable to completely eliminate the problems of steel corrosion. Fiber reinforced polymer (FRP) elements are appealing as reinforcement due to some material properties such as high tensile strength, low density, and noncorrosive. However, due to the generally lower modulus of elasticity of FRP in comparison with the steel and the linear behavior of FRP, certain aspects of the structural behavior of RC members reinforced with FRP may be substantially different from similar elements reinforced with steel reinforcement. This paper presents the flexural behavior of one-way concrete slabs reinforced with FRP bars. They were simply supported and tested in the laboratory under static loading conditions to investigate their crack pattern and width, deflections, strains and mode of failure. The experimental results shows that behavior of the FRP reinforced slabs was bilinearly elastic until failure. Also, the results show that the FRP overreinforced concrete beams in this study can be safe for design in terms of deformability.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.5
no.4
s.18
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pp.71-77
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2005
Bonded CFRP Plate method used murk in reinforcement method is very efficient for stress increment of reinforced members. But CFRP plate dosen't display enough its capacity and have the destruction characteristic of premature failure that reach failure by debond plate, because near-surface-bond using epoxy. Such destruction character of reinforced specimens take the influence at variables as steel reinforcement ratio, concrete strength, kind of reinforcement materials, reinforced length, property of epoxy used in binder and so on. In this study, performed experiment results are compared and considered on flexural performance of Near Surface Mounted Reinforcement used CFRP-Rod, as complement about structural behavior of RC beam reinforced flexural capacity in CFRP plate and premature failure of reinforcement material. Main variables of RC beam applied CFRP Plate external bond method are experimental variables as reinforcement length, reinforcement position (tension face and side face of beam) and existence of ironware in end parts. In case of CFRP-Rod, variable is reinforcement length.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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