Finozzi, Irene Barbara Nina;Berto, Luisa;Saetta, Anna
Computers and Concrete
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v.15
no.3
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pp.411-436
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2015
In this work, a comprehensive approach to model the structural behaviour of Reinforced Concrete (RC) beams subjected to reinforcement corrosion is proposed. The coupled environmental - mechanical damage model developed by some of the authors is enhanced for considering the main effects of corrosion on concrete, on composite interaction between reinforcement bars and concrete and on steel reinforcement. This approach is adopted for reproducing a set of experimental tests on RC beams with different corrosion degrees. After the simulation of the sound beams, the main parameters involved in the relationships characterizing the effects of corrosion are calibrated and tested, referring to one degraded beam. Then, in order to validate the proposed approach and to assess its ability to predict the structural response of deteriorated elements, several corroded beams are analyzed. The numerical results show a good agreement with the experimental ones: in particular, the proposed model properly predicts the structural response in terms of both failure mode and load-deflection curves, with increasing corrosion level.
This paper aims to examine the behavior of slender reinforced concrete columns confined with external glass fiber reinforced polymers (GFRP) sheets under eccentric loads. The experimental work conducted in this paper is an extension to previous work by the author concerning the behavior of eccentrically loaded short columns strengthened with GFRP wrapping. In this study, nine reinforced concrete columns divided into three groups were casted and tested. Three eccentricity ratios corresponding to e/t = 0, 0.10, and 0.50 in one direction of the column were tested in each group. The first group was the control one without confinement with slenderness ratio equal 20. The second group was the same as the first group but fully wrapped with one layer of GFRP laminates. The third group was also fully wrapped with one layer of GFRP laminates but having slenderness ratio equal 15. The experimental results of another two groups from the previous work were used in this study to investigate the difference between short and slender columns. The first was control one with slenderness ratio equal 10 and the second was fully wrapped and having the same slenderness ratio. All specimens were loaded until failure. The ultimate load, axial deformation, strain in steel bars, and failure mechanisms of each specimen were generated and analyzed. The results show that GFRP laminates confining system is less effective with slender columns compared with short one, but this solution is still applied and it can be efficiently utilized especially for slender columns with low eccentric ratio.
Khan, Qasim S.;Sheikh, M. Neaz;Hadi, Muhammad N.S.
Steel and Composite Structures
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v.30
no.6
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pp.591-601
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2019
This research study investigates experimentally and analytically the axial compressive behaviour of Concrete Filled Fiber Reinforced Polymer Tube (CFFT) columns with and without Fiber Reinforced Polymer (FRP) bars. The experimental program comprises five circular columns of 204-206 mm outer diameter and 800-812 mm height. All columns were tested under concentric axial compressive loads. It was found that CFFT columns with and without FRP bars achieved higher peak axial compressive loads and corresponding axial deformations than conventional steel reinforced concrete (RC) column. The contribution of FRP bars was about 12.1% of the axial compressive loads carried by CFFT columns reinforced with FRP bars. Axial load-axial deformation ($P-{\delta}$) curves of CFFT columns were analytically constructed, which mapped well with the experimental $P-{\delta}$ curves. Also, an equation was proposed to predict the axial compressive load capacity of CFFT columns with and without FRP bars, which adequately considers the contributions of the circumferential confinement provided by FRP tubes and lower ultimate strength of FRP bars in compression than in tension.
A new SRCF (Steel Reinforced Concrete Frame) external connection method for seismic strengthening of medium-and low-rise reinforced concrete buildings is reported in this paper. The SRCF method, proposed in this study, is capable of carrying out the seismic retrofitting construction while residents can live inside building. The method is one of the strength design approach by retrofit which can easily increase the ultimate lateral load capacity of concrete buildings controlled by shear. The pseudo-dynamic test, designed using a existing school building in Korea, was carried out in order to verify the seismic strengthening effects of the proposed method in terms of the maximum load carrying capacity and deformation. Test results revealed that the proposed SRCF strengthening method installed in RC frame enhanced conspicuously the strength and deformation capacities, and the method can resist markedly under the large scaled earthquake intensity level.
Steel rebar is commonly used as reinforcement in reinforced concrete (RC) structures. However, steel rebar corrodes over time, leading to a significant reduction in structural safety as the structure ages. Therefore, Glass Fiber Reinforced Plastic (GFRP) rebar, which is not prone to corrosion, has gained attention as a replacement for conventional steel reinforcement. This study investigates the fundamental technology required for applying GFRP rebar to concrete members. Based on this, the bond behavior and tension stiffening effect of GFRP-reinforced members were analyzed. The analysis revealed that key properties of GFRP rebar, such as bond behavior, rebar diameter, and reinforcement ratio, are major factors influencing the tension stiffening effect. To further expand the application of GFRP rebar,it is expected that a new model that accurately reflects the tension stiffening effect will be required.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.33
no.3
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pp.153-158
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2020
In this study, a numerical approach for evaluating the resisting capacity of a partial concrete-filled steel tube (CFST) column is introduced. By strengthening the plastic hinge part of a traditional reinforced concrete column with a steel tube, a partial CFST shows a similar bending moment capacity as that of a full CFST column but with reduced material cost. To conduct an elaborate numerical analysis of a partial CFST column, an improved bond-slip model is applied to a finite element (FE) model at the interface between the steel tube and in-filled concrete. This numerical model is verified through the results of a double curvature bending-compression test. A parametric study with the proposed numerical model is used to obtain the load moment interaction diagrams for evaluating the resisting capacity based on various dimensions. Finally, the required strengthening length is estimated for each degree of thickness of the steel tube, and the failure mechanism of the partial CFST column based on the dimensions of the steel tube are identified.
Aman Kumar;Harish Chandra Arora;Nishant Raj Kapoor;Denise-Penelope N. Kontoni;Krishna Kumar;Hashem Jahangir;Bharat Bhushan
Computers and Concrete
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v.32
no.2
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pp.119-138
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2023
Concrete carbonation is a prevalent phenomenon that leads to steel reinforcement corrosion in reinforced concrete (RC) structures, thereby decreasing their service life as well as durability. The process of carbonation results in a lower pH level of concrete, resulting in an acidic environment with a pH value below 12. This acidic environment initiates and accelerates the corrosion of steel reinforcement in concrete, rendering it more susceptible to damage and ultimately weakening the overall structural integrity of the RC system. Lower pH values might cause damage to the protective coating of steel, also known as the passive film, thus speeding up the process of corrosion. It is essential to estimate the carbonation factor to reduce the deterioration in concrete structures. A lot of work has gone into developing a carbonation model that is precise and efficient that takes both internal and external factors into account. This study presents an ML-based adaptive-neuro fuzzy inference system (ANFIS) approach to predict the carbonation depth of fly ash (FA)-based concrete structures. Cement content, FA, water-cement ratio, relative humidity, duration, and CO2 level have been used as input parameters to develop the ANFIS model. Six performance indices have been used for finding the accuracy of the developed model and two analytical models. The outcome of the ANFIS model has also been compared with the other models used in this study. The prediction results show that the ANFIS model outperforms analytical models with R-value, MAE, RMSE, and Nash-Sutcliffe efficiency index values of 0.9951, 0.7255 mm, 1.2346 mm, and 0.9957, respectively. Surface plots and sensitivity analysis have also been performed to identify the repercussion of individual features on the carbonation depth of FA-based concrete structures. The developed ANFIS-based model is simple, easy to use, and cost-effective with good accuracy as compared to existing models.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.18
no.1
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pp.1-12
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2005
An analytical procedure to analyze reinforced concrete (RC) beams subject to monotonic loadings is proposed on the basis of the moment-curvature relations of RC sections. Unlike previous analytical models which result the overestimation of stiffnesses and underestimation of structural deformations induced from ignoring the shear deformation and assuming perfect-bond condition between steel and concrete, the proposed relation considers the rigid-body-motion due to anchorage slip at the fixed end. The advantages of the proposed relation, compared with the previous numerical models, are on the promotion in effectiveness of analysis and reflection of influencing factors which must be considered in nonlinear analysis of RC beam by taking into account the nonlinear effects into the simplifying moment-curvature relation. Finally, correlation studies between analytical and experimental results are conducted to establish the applicability of the proposed model to the nonlinear analysis of RC structures.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.13
no.6
s.58
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pp.126-134
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2009
Generally, reinforced concrete structures exposed to the outside temperature are affected by freezing and thawing process during winter and early spring. These freeze-thawing process can lead to the reduction in durability of concrete as cracking or surface spalling. This paper is to study the flexural behavior of RC beams exposed to freeze-thawing environments. To compare the difference in flexural behavior of RC Beams, limited tests were conducted under different types of Longitudinal steel ratio and freeze-thawing cycles. For this purpose, fourteen small-scale RC beams ($100mm{\times} 100mm {\times}600mm$) were strengthened in monotonic and cyclic loadings, subjected to up to 150, 300 cycles freeze-thawing from $-18{\sim}4^{\circ}C$. It is thought that experimental results will be used as basic data to evaluate flexural behavior of RC beams exposed to freeze-thawing.
Seismic performance analysis of steel-brace reinforced concrete (RC) frame using topology optimization in highly seismic region was discussed in this research. Topology optimization based on truss-like material model was used, which was to minimum volume in full-stress method. Optimized bracing systems of low-rise, mid-rise and high-rise RC frames were established, and optimized bracing systems of substructure were also gained under different constraint conditions. Thereafter, different structure models based on optimized bracing systems were proposed and applied. Last, structural strength, structural stiffness, structural ductility, collapse resistant capacity, collapse probability and demolition probability were studied. Moreover, the brace buckling was discussed. The results show that bracing system of RC frame could be derived using topology optimization, and bracing system based on truss-like model could help to resolve numerical instabilities. Bracing system of topology optimization was more effective to enhance structural stiffness and strength, especially in mid-rise and high-rise frames. Moreover, bracing system of topology optimization contributes to increase collapse resistant capacity, as well as reduces collapse probability and accumulated demolition probability. However, brace buckling might weaken beneficial effects.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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