Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.13
no.2
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pp.1-14
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2009
Ductility-based seismic design is strongly required for the rational and cost-effective design of RC piers, and a reliable evaluation of shear strength is indispensable for its success. Unlike the flexural behavior of RC columns, shear behavior is highly complex, due to its many effects such as size, aspect ratio, axial force, ductility and so on. To address this, many design and empirical equations have been proposed considering these effects. However, these equations show significant differences in their evaluation of the initial shear strength, and the reduction in strength with the increase of ductility. In this study, the characteristics of initial shear strength of hollow sectional columns were investigated using experiments with the parameters of aspect ratios, void ratios, web area ratios and load patterns. The test results were analyzed through a comparison with the values predicted by empirical equations. On the basis of the mechanical characteristics and test results, a new empirical equation was proposed, and its validity was assessed.
Zheng Tan;Wei-hui Zhong;Bao Meng;Li-min Tian;Yao Gao;Yu-hui Zheng;Hong-Chen Wang
Steel and Composite Structures
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v.50
no.1
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pp.107-122
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2024
Following an internal column failure, adjacent double-span beams above the failed column will play a critical role in the load transfer and internal force redistribution within the remaining structure, and the span-to-depth ratios of double-span beams significantly influence the structural resistance capacity against progressive collapse. Most existing studies have focused on the collapse-resistant performances of single-story symmetric structures, whereas limited published works are available on the collapse resistances of multi-story steel frames with unequal spans. To this end, in this study, numerical models based on shell elements were employed to investigate the structural behavior of multi-story steel frames with unequal spans. The simulation models were validated using the previous experimental results obtained for single- and two-story steel frames, and the load-displacement responses and internal force development of unequal-span three-story steel frames under three cases were comprehensively analyzed. In addition, the specific contributions of the different mechanism resistances of unequal-span, double-span beams of each story were separated quantitatively using the energy equilibrium theory, with an aim to gain a deeper level of understanding of the load-resistance mechanisms in the unequal-span steel frames. The results showed that the axial and flexural mechanism resistances were determined by the span ratio and linear stiffness ratio of double-span beams, respectively.
This paper is a part of a research aimed at the verification of basic design rules of high-strength concrete columns. A total of 32 column specimens were tested to investigate structural behavior and strength of eccentrically loaded reinforced concrete tied columns. Main variables included in this test program were concrete compressive strength. steel amount, eccentricity, and slenderness ratio. The concrete compressive strength varied from 356 kg/$cm^2$ to 951 kg/$cm^2$ and the longitudinal steel ratios were between 1.13 % and 5.51 %. Test results of column sectional strength are compared with the results of analyses by ACI rectangular stress block, trapezoidal stress block, and modified rectangular stress block. Axial force-moment-curvature analysis is also performed for predicting axial load-moment strength and compared with the test results. The ACI rectangular stress block provides over-estimated column strengths for the lightly reinforced high strength column specimens. The calculated strengths by moment-curvature analyses are highly affected by $k_3$ values of the concrete stress-strain curve. Observed failure mode. concrete ultimate strain, and stress block parameters are discussed.
An equation for calculating confining reinforcement amount of RC bridge columns, specified in the current bridge design codes, has been made to provide additional load-carrying strength for concentrically loaded columns. The additional load-carrying strength will be equal to or slightly greater than the resistant strength of a column against axial load, which is lost because the cover concrete spalls off. The equation considers concrete compressive strength, yield strength of transverse reinforcement, and the section area ratio as major variables. Among those variables, the section area ratio between the gross section and the core section, varying by cover thickness, is a variable which considers the strength in the compression-controlled region. Therefore, the cross section ratio does not have a large effect in the aspect of ductile behavior of the tension-controlled region, which is governed by bending moment rather than axial force. However, the equation of the design codes for calculating confining reinforcement amount does not directly consider ductile behavior, which is an important factor for the seismic behavior of bridge columns. Consequently, if the size of section is relatively small or if the section area ratio becomes excessively large due to the cover thickness increased for durability, too large an amount of confining reinforcement will be required possibly deteriorating the constructability and economy. Against this backdrop, in this study, comparison and analysis were performed to understand how the cover thickness influences the equation for calculating the amount of confining reinforcement. An equation for calculating the amount of confining reinforcement was also modified for reasonable seismic design and the safety. In addition, appropriateness of the modified equation was examined based on the results of various test results performed at home and abroad.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.22
no.1
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pp.147-157
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2018
The basis of capacity design has been explicitly or implicitly regulated in most bridge design specifications. It is to guarantee ductile failure of entire bridge system by preventing brittle failure of pier members and any other structural members until the columns provides fully enough plastic rotation capacity. Brittle shear is regarded as a mode of failure that should be avoided in reinforced concrete bridge pier design. To provide ductility behavior of column, the one of important factors is that flexural hinge of column must be detailed to ensure adequate and dependable shear strength and deformation capacity. Eight small scale circular reinforced concrete columns were tested under cyclic lateral load with 4.5 aspect ratio. The test variables are longitudinal steel ratio, transverse steel ratio, and axial load ratio. Eight flexurally dominated columns were tested. In all specimens, initial flexural-shear cracks occurred at 1.5% drift ratio. The multiple flexural-shear crack width and length gradually increased until the final stage. The angles of the major inclined cracks measured from the vertical column axis ranged between 42 and 48 degrees. In particular, this study focused on assessing transverse reinforcement contribution to the column shear strength. Transverse reinforcement contribution measured during test. Each three components of transverse reinforcement contribution, axial force contribution and concrete contribution were investigated and compared. It was assessed that the concrete stresses of all specimen were larger than stress limit of Korea Bridge Design Specifications.
From several researches, recently, it was found that using hollowed precast concrete (HPC) column made more compact concrete casting in joint region possible than using normal solid PC (Precast concrete) column. Therefore, the rigidity of joints can be improved like those of monolithic reinforced concrete (RC). After filling the hollow with grout concrete, however, it is expected that the HPC column behaviors like composite structure since PC element and grout concrete have different materials as well as there is a contact surface between two elements. These may affect the structural behavior and strength of the composite column. A compressive strength test was performed for the HPC column with parameter of hollow ratio for the case with and without grout in the hollow and the result is presented in this paper. The hollow ratios in the test are 35, 50 and 59% of whole section of column. Concentrated axial force was applied to top of the specimens supported as pin connection for both ends. In addition, finite element (FE) analysis was performed to simulate the failure behavior of HPC column for axial compression. As a result, it was found that the hollow ratio did not affect the initial stiffness of HPC filled with grout regardless of the strength difference of HPC and grout. However the strength was increased inversely corresponding to the hollow ratio. The structural capacity of HPC without grout closely related to the hollow size. Especially, the local collapse governs the overall failure when the thickness of HPC is too thin. Based on these effect, a suitable equation was suggested for calculation of the compressive strength of HPC column with or without grout. FE analysis considering the contact surface between HPC and grout produced a good result matched to the test result.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.13
no.9
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pp.4277-4283
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2012
Slip coefficient, whose value is dependent on the condition of contact surface at the friction joint of high tension bolt, is determined by slip load. Because contact area affects slip load, contact area that varies with bolt hole size is also related to the slip coefficient. In this study, we manufactured 32 specimens and performed bending and tension tests in order to examine changes in slip coefficient and load with material type, bolt diameter, and size of bolt hole. Slip load of specimens with oversize bolt hole had strength that was more than 80% higher than the slip load of specimens with standard bolt hole, and it also exceeded the design slip strength. In addition, we observed significant correlation between net-section ratio and slip ratio of specimens with oversize and standard bolt hole. However, some differences between the specimens are thought to have been caused by reduction in initial axial force of high tension bolt, which is an important parameter of slip coefficient. It is self-evident that increased bolt hole size would lead to decrease in design strength as it reduces both slip coefficient and bolt axial force. Nevertheless, we suggest that some flexibility in regulation of bolt hole, as long as it does not threaten the structural stability, may be a positive factor in terms of workability and efficiency.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.15
no.1
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pp.229-240
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1991
The large camber angle theory of turbomachine blade of compressor has been developed recently for the two-dimensional flow by Hawthorn, et al. However, in the above theory it was assumed that the fluid was incompressible and inviscid, and the blades had no thickness. In this study, the flow in a blade cascade being mounted in parallel fashion with blade of arbitrary thickness is studied in order to determine the effects of the camber angle on the performance characteristic of the blade section under the consideration of compressibility and viscosity of fluid. The panel method is used for potential flow analysis. The flow in the boundary-layer is obtained by solving the integral boundary-layer structure through the laminar, transitional , and turbulent flow using the pressure field determined from the potential flow. And then the viscous-inviscid interaction scheme is used for interaction of these two flows. For the determination of the variation in the outlet fluid angle influenced by deviation in cascade flow, the superposition method which is used for single foil is introduced in this analysis. By the introduction of this method, the effects of the deviation on outlet fluid angle and the resulting fluid angle are made to adjust for oneself through the calculation. As the result of this study, the blade of large camber angle, large incidence angle, large pitch-chord ratio has large viscous and compressible effect than those of small camber angle. Lift force increase as camber angle increases, but above 60.deg. of camber angle, lift force decrease as camber angle increases. But drag force increases linearly with camber angle increases in the entire region.
Pile foundation is a typical form of bridge foundation and viaduct, and large-diameter rock-socketed piles are typically adopted in bridges with long span or high piers. To investigate the effect of a mountain slope with a deep overburden layer on the bearing characteristics of large-diameter rock-socketed piles, four centrifuge model tests of single piles on different slopes (0°, 15°, 30° and 45°) were carried out to investigate the effect of slope on the bearing characteristics of piles. In addition, three pile group tests with different slope (0°, 30° and 45°) were also performed to explore the effect of slope on the bearing characteristics of the pile group. The results of the single pile tests indicate that the slope with a deep overburden layer not only accelerates the drag force of the pile with the increasing slope, but also causes the bending moment to move down owing to the increase in the unsymmetrical pressure around the pile. As the slope increases from 0° to 45°, the drag force of the pile is significantly enlarged and the axial force of the pile reduces to beyond 12%. The position of the maximum bending moment of the pile shifts downward, while the magnitude becomes larger. Meanwhile, the slope results in the reduction in the shaft resistance of the pile, and the maximum value at the front side of the pile is 3.98% less than at its rear side at a 45° slope. The load-sharing ratio of the tip resistance of the pile is increased from 5.49% to 12.02%. The results of the pile group tests show that the increase in the slope enhances the uneven distribution of the pile top reaction and yields a larger bending moment and different settlements on the pile cap, which might cause safety issues to bridge structures.
This paper investigates an experimental behavior of circular columns and beam-columns made of HSB600 high strength steel as a fundamental study to enhance the applicability of HSB steel. The applicability of the current Standard such as KBC and Eurocode 3 is also evaluated. A total of six specimens are fabricated and tested. The main parameters are slenderness ratio(KLe/r = 12, 14, 40, 65), diameter-to-thickness ratio(D/t = 25, 40), and eccentricity ratio(e/D = 0, 0.5). It is drawn from the experiment that both the KBC and Eurocode 3 can be used to predict the strength of circular columns and beam-columns made of HSB600 high strength steel.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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