An experimental study was conducted to investigate the effectiveness of transverse reinforcement in reinforced concrete tied columns subjected to monotonically increasing axial compression. Eighteen large-scale columns(260$\times$260$\times$1200 mm) were tested. Effects of main variables such as the concrete compressive strength, the tie configuration, the transverse reinforcement ratio, the tie spacing, and the spatting of the concrete cover were considered. High-strength concrete columns under concentric axial loads show extremely brittle behavior unless the columns are confined with transverse reinforcement that can provide sufficiently high lateral confinement pressure There is a consistent decrease in deformability of column specimen with increasing concrete strength. Test results were compared with the previous confinement model such as modified Kent-Park, Sheikh-Uzumeri, Mander, and Saatcioglu-Razvi model. The comparison indicates that many previous models for confined concrete overestimate or underestimate the ductility of confined concrete.
This paper presents an investigation on the dynamic behavior of SRC columns with built-in cross-shaped steels under impact load. Seven 1/2 scaled SRC specimens were subjected to low-speed impact by a gravity drop hammer test system. Three main parameters, including the lateral impact height, the axial compression ratios and the stirrup spacing, were considered in the response analysis of the specimens. The failure mode, deformation, the absorbed energy of columns, as well as impact loads are discussed. The results are mainly characterized by bending-shear failure, meanwhile specimens can maintain an acceptable integrity. More than 33% of the input impact energy is dissipated, which demonstrates its excellent impact resistance. As the impact height increases, the flexural cracks and shear cracks observed on the surface of specimens were denser and wider. The recorded time-history of impact force and mid-span displacement confirmed the three stages of relative movement between the hammer and the column. Additionally, the displacements had a notable delay compared to the rapid changes observed in the measured impact load. The deflection of the mid-span did not exceed 5.90mm while the impact load reached peak value. The impact resistance of the specimen can be improved by proper design for stirrup ratios and increasing the axial load. However, the cracking and spalling of the concrete cover at the impact point was obvious with the increasing in stiffness.
A nonlinear finite element model (FEM) using ATENA-3D software to simulate the axially compressive behavior of circular steel tube confined concrete (CSTCC) columns infilled with ultra high performance concrete (UHPC) was presented in this paper. Some modifications to the material type "CC3DNonlinCementitious2User" of UHPC without and with the incorporation of steel fibers (UHPFRC) in compression and tension were adopted in FEM. The predictions of utimate strength and axial load versus axial strain curves obtained from FEM were in a good agreement with the test results of eighteen tested columns. Based on the results of FEM, the load distribution on the steel tube and the concrete core was derived for each modeled column. Furthermore, the effect of bonding between the steel tube and the concrete core was clarified by the change of friction coefficient in the material type "CC3DInterface" in FEM. The numerical results revealed that the increase in the friction coefficient leads to a greater contribution from the steel tube, a decrease in the ultimate load and an increase in the magnitude of the loss of load capacity. By comparing the results of FEM with experimental results, the appropriate friction coefficient between the steel tube and the concrete core was defined as 0.3 to 0.6. In addition to the numerical evaluation, eighteen analytical models for confined concrete in the literature were used to predict the peak confined strength to assess their suitability. To cope with CSTCC stub and intermediate columns, the equations for estimating the lateral confining stress and the equations for considering the slenderness in the selected models were proposed. It was found that all selected models except for EC2 (2004) gave a very good prediction. Among them, the model of Bing et al. (2001) was the best predictor.
Nonplanar structural walls with C-shaped and H-shaped sections have been used as an efficient lateral force-resisting system for building structures. Since the nonplanar walls are subjected to axial load and bending moments about two orthogonal axes, complicated section analysis is required for flexure-compression design. In the present study, a straightforward design method for biaxially loaded C- and H-shaped walls was proposed by modifying the existing load contour method for columns with symmetric solid sections. For this, a strain compatibility section analysis program that can calculate biaxial moment strengths of arbitrary wall section was developed and its validity was verified by comparing with existing test results. Then, through parametric study, the interaction of biaxial moments at constant axial loads in prototype C- and H-shaped walls was investigated. The results showed that, due to unsymmetrical geometry of the wall sections, the biaxial interaction was significantly affected by the moment directions and axial loads. From those investigations, non-dimensional contour equations of the biaxial moments at constant axial loads for C- and H-shaped walls were suggested. Further, design examples using the proposed contour equations were given for engineering practice.
Cast-in-place concrete-filled hollow PC (HPC) columns are used to reduce lifting load of heavy-weight PC columns and to improve the structural integrity of joints. In the present study, a new type of HPC column was proposed to improve the productivity and structural integrity of the concrete. To form the hollow PC columns, a permanent inner form was prefabricated using structural deck plates and penetrated lateral bars. Half-scale specimens of four HPC columns were tested under combined axial compression and lateral cyclic loading to evaluate the seismic resistance. In the design of test specimens, various parameters such as the spacing of lateral re-bars, the use of steel fiber, and the thickness of PC cover were considered. The test results showed that the proposed HPC columns generally exhibited satisfactory load-carrying capacity and deformation capacity without brittle failure of PC. If closely spaced hoops or fiber reinforcements are used for PC, the deformation capacity can be improved further by restraining PC spalling.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.7
no.2
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pp.29-36
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1987
In most of the structural members with initial cracks, the strength tends to decrease as the member size increases. This phenomenon is known as size effect. Among the structural materials of glass, metal or concrete, etc., concrete represents the size effect even without initial crack. According to the previous size effect law, the concrete member of very large size can resist little stress. Actually, however, even the large size member can resist some stress if there is no initial notch. This means that the fracture mechanism of very small or very large size member follows strength criterion, but the medium size member follows non-linear fracture mechanics (NLFM). In this study, the empirical models which are derived based on nonlinear fracture mechanics are proposed according to the regression analysis with the existing test data of large size specimens for uni-axial compression test, splitting tensile test and shear test of reinforced concrete beams.
Kim, Chul Goo;Park, Hong Gun;Eom, Tae Sung;Kim, Tae Wan
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.19
no.4
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pp.195-205
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2015
Various non-seismic tie details are frequently used for one- and two-story small buildings because the seismic demand on their deformation capacities is not relatively significant. To evaluate the effects of the non-seismic tie details on the seismic performance of reinforced concrete columns, six square columns with a cross section of $400{\times}400mm$ and six rectangular columns with a cross section of $250{\times}640mm$ were tested. The anchorage details at both ends and spacing of tie hoops, along with the cross-sectional shape and the magnitude of axial load, were considered as the primary test parameters. Test results showed that square columns had higher stiffness and lower lateral deformation rather than rectangular columns. Both lap spliced tie and U-shaped tie provided comparable or improved seismic performance to $90^{\circ}$ hook tie in terms of maximum strength, ductility, and energy dissipation. The predicted curves with modeling parameters in ASCE41-13 were conservative for test results of lap spliced tie and U-shaped tie specimens since plastic behavior after flexural yielding could not be considered. For economical design, ASCE41-13 should be revised with various test results of tie details.
Experimental and discrete element methods were used to investigate the effects of triple joints lengths and triple joint angle on the failure behavior of rock mass under uniaxial compressive test. Concrete samples with dimension of 20 cm × 20 cm × 5 cm were prepared. Within the specimen, three imbedded joint were provided. The joint lengths were 2 cm, 4cm and 6 cm. In constant joint lengths, the angle between middle joint and other joints were 30°, 60°, 90°, 120° and 150°. Totally 15 different models were tested under compression test. The axial load rate on the model was 0.05 mm/min. Concurrent with experimental tests, the models containing triple joints, length and joint angle are similar to the experiments, were numerical by Particle flow code in two dimensions (PFC2D). Loading rate in numerical modelling was 0.05 mm/min. Tensile strength of material was 1 MPa. The results show that the failure behaviors of rock samples containing triple joints were governed by both of the angle and the length of the triple joints. The uniaxial compressive strengths (UCS) of the specimens were related to the fracture pattern and failure mechanism of the discontinuities. Furthermore, it was shown that the compressive behavior of discontinuities is related to the number of the induced tensile cracks which are increased by decreasing the joint length. Along with the damage failure of the samples, the acoustic emission (AE) activities are excited. There were only a few AE hits in the initial stage of loading, then AE hits rapidly grow before the applied stress reached its peak. In addition, every stress drop was accompanied by a large number of AE hits. Finally, the failure pattern and failure strength are similar in both methods i.e., the experimental testing and the numerical simulation methods.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.11
no.3
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pp.454-464
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1987
The objective of this research is to analyze and evaluate the dynamic flow curve of metals under impact loading at both high strain rate (.epsilon.=1/h dh/dt > 10$\^$3/m/s/m) and large strain (.epsilon.=In h/h$\_$0/ > 1.0). A test method for dynamic compression of metal disc is described. The velocity of the striker face and the force on the anvil are measured during the impact period. From these primitive data the axial stress, strain, and strain rate of the disc are obtained. The Strain rate is determined by the striker velocity divided by the specimen height. This gives a slightly increasing strain rate over most of the deformation period. Strain rates of 100 to 10,000 per second are achieved. Attainable final strains are 150%. A discussion of several problem areas is presented. The friction on the specimen surfaces, the determination of the frictional coefficient, the influence of the specimen geometry (h$\_$0//d$\_$0/ ratio) on the friction effect, the lock-up condition for a given configuration, the friction correction factor, and the evaluation of several lubricants are given. The flow function(stress verus strain) is dependent on the material condition(e.g., prior cold work), specimen geometry, strain rate, and temperature.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.29
no.5A
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pp.519-529
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2009
Fiber reinforced composite materials have various advantages in mechanical and chemical aspects. Not only high fatigue and chemical resistance, but also high specific strength and stiffness are attained, and therefore, damping characteristics are beneficial to marine piles. Since piles used for marine structures are subjected to compression and bending as well, detailed research is necessary. Current study examine the mechanical behavior under flexural and/or compressive loads using concrete filled fiber reinforced plastic composite piles, which include large size diameter. 25 pile specimens which have various size of diameters and lengths were fabricated using hand lay-up or filament winding method to see the effect of fabrication method. The inner diameters of test specimens ranged from 165 mm to 600 mm, and the lengths of test specimens ranged from 1,350 mm to 8,000 mm. The strengths of the fill-in concrete were 27 and 40 MPa. Fiber volumes used in circumferential and axial directions are varied in order to see the difference. For some tubes, spiral inner grooves were fabricated to reduce shear deformation between concrete and tube. It was observed that the piles made using filament winding method showed higher flexural stiffness than those made using hand lay-up. The flexural stiffness of piles decreases from the early loading stage, and this phenomenon does not disappear even when the inner spiral grooves were introduced. It means that the relative shear deformation between the concrete and tube wasn't able to be removed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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