Fragility and loss functions are developed to predict damage and economic losses due to earthquake loading in Reinforced Concrete (RC) structural components with smooth rebars. The attention is focused on external/internal beam-column joints and ductile/brittle weak columns, designed for gravity loads only, using low-strength concrete and plain steel reinforcing bars. First, a number of damage states are proposed and linked deterministically with commonly employed methods of repair and related activities. Results from previous experimental studies are used to develop empirical relationships between damage states and engineering demand parameters, such as interstory and column drift ratios. Probability distributions are fit to the empirical data and the associated statistical parameters are evaluated using statistical methods. Repair costs for damaged RC components are then estimated based on detailed quantity survey of a number of pre-70 RC buildings, using Italian costing manuals. Finally, loss functions are derived to predict the level of monetary losses to individual RC components as a function of the experienced response demand.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.10
no.3
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pp.383-391
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2016
This paper reports the results of an experimental program involving several small-scale columns which were constructed to simulate corrosion damage in the field using two accelerated corrosion techniques namely, constant voltage and constant current. A total of six columns were cast for this experiment. For one pair of regular RC columns, corrosion was accelerated using constant voltage and for another pair, corrosion was accelerated using constant current. The remaining pair of regular RC columns was used as control. In the experiment, all the columns were subjected to cyclic wetting and drying using sodium chloride (NaCl) solution. The currents were monitored on an hourly interval and cracks were visually checked throughout the test program. After the specimens had suffered sufficient percentage steel loss, all the columns including the control were tested to failure in compression. The test results generated show that accelerated corrosion using impressed constant current produces more corrosion damage than that using constant voltage. The results suggest that the constant current approach can be better used to simulate corrosion damage of reinforced concrete structures and to assess the effectiveness of various materials, repair strategies and admixtures to resist corrosion damage.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.36
no.4
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pp.243-250
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2023
Both ends of the hoop reinforcement in the reinforced concrete (RC) columns subjected to lateral loading must necessarily be bent by 135° so as to ensure a sufficient level of ductility. However, as this reinforcement is extremely difficult to construct, this requirement is often not satisfied at construction sites. This study entailed an experimental investigation on RC columns subjected to cyclic lateral loading equipped with steel clip-type implements that were developed to replace the complicated 135° hoop reinforcement details. Four RC column specimens were manufactured, and the main test parameters included the use of high-strength concrete and steel clip-type implements. Furthermore, three-dimensional finite element models were employed to evaluate the structural performances of the test specimens via nonlinear analyses. The results of the test and finite element analyses indicate that the RC columns with the steel clip-type implements exhibit structural performances equal to or better than those with the 135° hoop reinforcement details. Further, the finite element analysis results agree well with the test results.
This study was conducted to verify seismic performance of special moment frame's joints at roof-level with high-strength concrete and SD600 bars. K-RC-H was designed according to the seismic code and K-HPFRC-H had 150% of the original hoop spacing and 1.0% steel fiber volume fraction compared with K-RC-H. Both specimens had remarkable seismic performance without noticeable decrease in moment, but with very good energy dissipation before rebar failure. The U-bars in the joint sufficiently constrained rebar's action that pushed the cover upward. SD600 bars with $1.25l_{dt}$ had minimum slip in the joint. It was considered that the steel fiber contributed to improvement of the bending moment and joint shear distortion, and the result showed that it would be possible to increase the hoop spacing to 150% of the regular spacing.
The development of modern concrete technology makes it much easier to produce high-strength concrete (HSC) or ultra-high-strength concrete (UHSC) with high workability. However, the application of this concrete is limited in practical construction of traditional reinforced concrete (RC) structures due to low-ductility performance. To further push up the limit of the design concrete strength, concrete-filled-steel-tube (CFST) columns have been recommended considering its superior strength and ductility performance. However, the beneficial composite action cannot be fully developed at early elastic stage as steel dilates more than concrete and thereby reducing the elastic strength and stiffness of the CFST columns. To resolve this problem, external confinement in the form of steel rings is proposed in this study to restrict the lateral dilation of concrete and steel. In this paper, a total of 29 high-strength CFST (HSCFST) columns of various dimensions cast with concrete strength of 75 to 120 MPa concrete and installed with external steel rings were tested under uni-axial compression. From the results, it can be concluded that the proposed ring installation can further improve both strength and ductility of HSCFST columns by restricting the column dilation. Lastly, an analytical model calculating the uni-axial strength of ring-confined HSCFST columns is proposed and verified based on the Von-Mises and Mohr-Coulomb failure criteria for steel tube and in-filled concrete, respectively.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.24
no.6
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pp.715-722
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2011
In this paper, the behavior of nuclear-power plant subjected to an aircraft impact is performed using the parallel analysis. In the erstwhile study of an aircraft impact to the nuclear-power plant, it has been used that the impact load is applied at the local area by using the impact load-time history function of Riera, and the target structures have been restricted to the simple RC(Reinforced Concrete) walls or RC buildings. However, in this paper, the analysis of an aircraft impact is performed by using a real aircraft model similar to the Boeing 767 and a fictitious nuclear-power plant similar to the real structure, and an aircraft model is verified by comparing the generated history of the aircraft crash against the rigid target with another history by using the Riera's function which is allowable in the impact evaluation guide, NEI07-13(2009). Also, in general, it is required too much time for the hypervelocity impact analysis due to the contact problems between two or more adjacent physical bodies and the high nonlinearity causing dynamic large deformation, so there is a limitation with a single CPU alone to deal with these problems effectively. Therefore, in this paper, Message-Passing MIMD type of parallel analysis is performed by using self-constructed Linux-Cluster system to improve the computational efficiency, and in order to evaluate the parallel performance, the four cases of analysis, i.e. plain concrete, reinforced concrete, reinforced concrete with bonded containment liner plate, steel-plate concrete structure, are performed and discussed.
The seismic performance of the ordinary steel reinforced concrete (SRC) columns has no significant improvement compared to the reinforced concrete (RC) columns mainly because I, H or core cross-shaped steel cannot provide sufficient confinement for core concrete. Two improved SRC columns by constructing with new-type shaped steel were put forward on this background, and they were named as enlarging cross-shaped steel and diagonal cross-shaped steel for short. The seismic behavior and carrying capacity of new-type SRC columns have been researched theoretically and experimentally, while the shear behavior remains unclear when the new-type columns are joined onto SRC beams. This paper presents an experimental study to investigate the shear capacity of new-type SRC joints. For this purpose, four new-type and one ordinary SRC joints under low reversed cyclic loading were tested, and the failure patterns, load-displacement hysteretic curves, joint shear deformation and steel strain were also observed. The ultimate shear force of joint specimens was calculated according to the beam-end counterforce, and effects of steel shape, load angel and structural measures on shear capacity of joints were analyzed. The test results indicate that: (1) the new-type SRC joints display shear failure pattern and has higher shear capacity than the ordinary one; (2) the oblique specimens have good bearing capacity if designed reasonably; and (3) the two proposed construction measures have little effect on the shear capacity of SRC joints embedded with diagonal cross-shaped steel. Based on the mechanism observed from the test, the formulas for calculating ultimate shear capacity considering the main factors (steel web, stirrup and axial compression ratio) were derived, and the calculated results agreed well with the experimental and simulated data.
Agibayeva, Aidana;Lee, Deuckhang;Ju, Hyunjin;Zhang, Dichuan;Kim, Jong R.
Structural Engineering and Mechanics
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v.77
no.6
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pp.753-763
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2021
Feasibility studies of a reinforced concrete (RC) deep pile foundation system with the compressed air energy storage (CAES) technology were conducted in previous studies. However, those studies showed some technical limitations in its serviceability and durability performances. To overcome such drawbacks of the conventional RC energy pile system, various steel-concrete composite pile foundations are addressed in this study to be utilized as a dual functional system for an energy storage medium and load-resistant foundation. This study conducts finite element analyses to examine the applicability of various composite energy pile foundation systems considering the combined effects of structural loading, soil boundary forces, and internal air pressures induced by the thermos-dynamic cycle of compressed air. On this basis, it was clearly confirmed that the role of inner and outer tubes is essential in terms of reliable storage tank and better constructability of pile, respectively, and the steel tubes in the composite pile foundation can also ensure improved serviceability and durability performances compared to the conventional RC pile system.
Steel-confined reinforced concrete (SCRC) columns feature highly complex and invisible mechanisms that make damage evaluation and pattern recognition difficult. In the present article, the prevailing acoustic emission (AE) technique was applied to monitor and evaluate the damage process of steel-confined RC columns in a quasi-static test. AE energy-based indicators, such as index of damage and relax ratio, were proposed to trace the damage progress and quantitatively evaluate the damage state. The fuzzy C-means algorithm successfully discriminated the AE data of different patterns, validity analysis guaranteed cluster accuracy, and principal component analysis simplified the datasets. A detailed statistical investigation on typical AE features was conducted to relate the clustered AE signals to micro mechanisms and the observed damage patterns, and differences between steel-confined and unconfined RC columns were compared and illustrated.
Park Jong-Sup;Jung Woo-Tai;You Young-Jun;Park Young-Hwan
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.17
no.2
s.86
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pp.213-220
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2005
Carbon fiber reinforced polymer (CFRP) sheets are becoming increasingly popular for strengthening deteriorated concrete bridges due to their excellent strength and stiffness-to-weight ratio, corrosion resistance, and convenience of construction work. The purpose of this study is to compare the performance of CFRP-strengthened reinforced concrete (RC) beams and to develop a new design formula. Simple beams with 3 m span length were tested to investigate the effect of reinforcing steel ratio and CFRP-reinforcing ratio on the flexural behavior of strengthened RC beams. The test results were analyzed with the special emphasis on the failure mode, the maximum load, and the strain distribution in the section. It is shown that the strain of the strengthened beams is not linearly distributed in the section. A new design formula based on the non-linear distribution of the strain has been derived and showed that it has a good agreement with the various domestic and foreign test results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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