Superelastic Shape Memory Alloys (SMAs) are gaining acceptance for use as reinforcing bars in concrete structures. The seismic behaviour of concrete frames reinforced with SMAs is being assessed in this study. Two eight-storey concrete frames, one of which is reinforced with regular steel and the other with SMAs at the plastic hinge regions of beams and regular steel elsewhere, are designed and analyzed using 10 different ground motion records. Both frames are located in the highly seismic region of Western Canada and are designed and detailed according to current seismic design standards. The validation of a finite element (FE) program that was conducted previously at the element level is extended to the structure level in this paper using the results of a shake table test of a three-storey moment resisting steel RC frame. The ten accelerograms that are chosen for analyzing the designed RC frames are scaled based on the spectral ordinate at the fundamental periods of the frames. The behaviour of both frames under scaled seismic excitations is compared in terms of maximum inter-storey drift, top-storey drift, inter-storey residual drift, and residual top-storey drift. The results show that SMA-RC frames are able to recover most of its post-yield deformation, even after a strong earthquake.
Oinam, Romanbabu M.;Kumar, P.C. Ashwin;Sahoo, Dipti R.
Earthquakes and Structures
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v.16
no.5
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pp.533-546
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2019
This study presents an experimental investigation on six beam-column joint specimens under the lateral cyclic loading. The aim was to explore the effectiveness of steel fiber-reinforced concrete (SFRC) in reducing the transverse shear stirrups in beam-column joints of the reinforced concrete (RC) frames with strong-columns and weak-beams. Two RC and four SFRC specimens with different types of reinforcement detailing and steel fibers of volume fraction in the range of 0.75-1.5% were tested under gradually increasing cyclic displacements. The main parameters investigated were lateral load-resisting capacity, hysteresis response, energy dissipation capacity, stiffness degradation, viscous damping variation, and mode of failure. Test results showed that the diagonally bent configuration of beam longitudinal bars in the beam-column joints resulted in the shear failure at the joint region against the flexural failure of beams having straight bar configurations. However, all SFRC specimens exhibited similar lateral strength, energy dissipation potential and mode of failure even in the absence of transverse steel in the beam-column joints. Finally, a methodology has been proposed to compute the shear strength of SFRC beam-column joints under the lateral loading condition.
Experimental results of 39 specimens including concrete columns, RC columns, hollow steel tube columns, concrete filled steel tubular (CFT) columns, and reinforced concrete filled steel tubular (RCFT) columns are presented. Based on the experimental results, the load-carrying capacity, confined effect, ductility, and failure mode of test columns are investigated. The effects of the main factors such as width-thickness ratio (the ratio of external diameter and wall thickness for steel tubes), concrete strength, steel tube with or without rib, and arrangement of reinforcing bars on the mechanical characteristics of columns are discussed as well. The differences between CFT and RCFT are compared. As a result, it is thought that strength, rigidity and ductility of RCFT are improved; especially strength and ductility are improved after the peak of load-displacement curve.
Fiber reinforced polymer (FRP) bars have been recently used to reinforce concrete members in flexure due to their high tensile strength and especially in corrosive environments to improve the durability of concrete structures. However, FRPs have a low modulus of elasticity and a linear elastic behavior up to rupture, thus reinforced concrete (RC) components with such materials would exhibit a less ductility in comparison with steel reinforcement at the similar members. There were several studies showed the behavior of concrete beams with the hybrid combination of steel and FRP longitudinal reinforcement by adopting the experimental and numerical programs. The current study presents a numerical and analytical investigation based on the data of previous researches. Three-dimensional (3D) finite element (FE) models of beams by using ANSYS are built and investigated. In addition, this study also discusses on the design methods for hybrid FRP-steel beams in terms of ultimate moment capacity, load-deflection response, crack width, and ductility. The effects of the reinforcement ratio, concrete compressive strength, arrangement of reinforcement, and the length of FRP bars on the mechanical performance of hybrid beams are considered as a parametric study by means of FE method. The results obtained from this study are compared and verified with the experimental and numerical data of the literature. This study provides insight into the mechanical performances of hybrid FRP-steel RC beams, builds the reliable FE models which can be used to predict the structural behavior of hybrid RC beams, offers a rational design method together with an useful database to evaluate the ductility for concrete beams with the combination of FRP and steel reinforcement, and motivates the further development in the future research by applying parametric study.
The present paper reviews the shear design (of reinforced concrete beam) provisions of four different national codes and proposes a new but simplified shear strength empirical expression, incorporating variables such as compressive strength of concrete, percentage of longitudinal and vertical steel/s, depth of beam in terms of shear span-to-depth ratio, for reinforced concrete (RC) beams without shear reinforcement. The expression is based on the experimental investigation on RC beams without shear reinforcement. Further, the comparisons of shear design provisions of four National codes viz.: (i) IS 456-2000, (iii) BS 8110-1997, (iv) ACI 318-2002 (v) EuroCode-2-2002 and the proposed expression for the prediction of shear capacity of normal beam/s, have been made by solving a numerical example. The results of the numerical example worked out suggest that there is need for revision in the shear design procedure of different codes. Also, the proposed expression is less conservative among the IS, BS & Eurocode.
The use of steel bracing systems is a popular method for the strengthening of existing reinforced concrete (RC) frames and may lead to a substantial increase of both strength and stiffness. However, in most retrofitting cases, the main target is the increase of the energy dissipation capacity. This paper studies numerically the efficiency of a specific strengthening methodology which utilizes a steel link element having a cross-section of various shapes, connected to the RC frame through bracing elements. The energy is dissipated through the yielding of the steel link element. The case studied is a typical one bay, single-storey RC frame, constructed according to older code provisions, which is strengthened through two different types of link elements. The presented numerical models are based on tests which are simulated in order to gain a better insight of the behaviour of the strengthened structures, but also in order to study the effects of different configurations for the link element. The behaviour of the strengthened frames is studied with respect to the one of the original bare frame. Moreover, the numerically obtained results are compared to the experimentally obtained ones, in order to verify the effectiveness of the applied simulation methodology.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2000.10a
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pp.389-396
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2000
Fatigue behavior of shear joints between combined reinforced concrete(RC) and reinforced steel fiber concrete(RSFC) specimens has been experimentally investigated. Experimental parameters used are the amount of steel fiber and the type of shear joint. 6 specimens have been tested under static load, and 8 specimens have been subjected to the fatigue load in a range of 50% and 5 % of the ultimate static load. The purpose of this research is to propose an empirical formula for fatigue shear behavior of combined RC and RSFC structures on the basic of experimental result. It can be observed from experimental result that addition of steel fibers to concrete specimen increases the static ultimate load by approximately 25%, enhances the fatigue behavior, and also reduces vertical and lateral displacements at the shear joint for a given load cycle after the occurrence of first crack.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2001.05a
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pp.662-667
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2001
In this paper, damping behavior of steel fiber reinforced concrete(SFRC) beams by experimental and numerical method is discussed. Because of its improved ability to dissipate energy, SFRC has a better damping behavior than that of reinforced concrete(RC). Damping behavior is influenced by longitudinal reinforcement ratio, volume and type of steel fiber, strength of concrete and the stress level. Damping in the SFRC beams has been evaluated from dynamic experimental test data at various levels of cracked states in the beams. A FEM program(TICAL) has been developed based on the relationships between curvature and damping. It is observed for SFRC beams with 0.44% of tensile reinforcement steel that approximate 5% to 35% was relatively increased in the damping ratio generally depending on the load level.
In this paper, damping behavior of steel fiber reinforced concrete(SFRC) beams by experimental and numerical method is discussed. Because of its improved ability to dissipate energy, SFRC has a better damping behavior than that of reinforced concrete(RC). Damping behavior is influenced by longitudinal reinforcement ratio, volume md type of steel fiber, strength of concrete and the stress level. Damping in the SFRC beams has been evaluated from dynamic experimental test data at various levels of cracked states in the beams. A FEM program(TICAL) has been developed based on the relationships between curvature and damping. It is observed far SFRC beams with 0.44$\%$ of tensile reinforcement steel that approximate 5$\%$ to 35$\%$ was relatively increased in the damping ratio generally depending on the load level.
The flexural behaviour of symmetrically reinforced concrete (RC) columns cast of normal- and high-strength concrete under both monotonic and cyclic loading is studied based on an analytical procedure, which employs the actual stress-strain curves and takes into account the stress-path dependence of concrete and steel reinforcement. The analysis is particularly extended into the post-peak stage with large inelastic deformation at various applied axial load level. The effect of axial load on their complete flexural behaviour is then identified based on the results obtained. The axial load is found to have fairly large effect on the flexural behaviour of RC columns under both monotonic and cyclic loading. Such effects are discussed through examination of various aspects including the moment-curvature relationship, moment capacity, flexural ductility, variation of neutral axis depth and steel stress.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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