In the present paper a mechanical model to predict the compressive response of high strength short concrete columns with square cross-section confined by transverse steel is presented. The model allows one to estimate the equivalent confinement pressures exercised by transverse steel during the loading process taking into account of the interaction of the stirrups with the inner core both in the plane of the stirrups and in the space between two successive stirrups. The lateral pressure distributions at hoop levels are obtained by using a simple model of elastic beam on elastic medium simulating the interaction between stirrups and concrete core, including yielding of steel stirrups and damage of concrete core by means of the variation in the elastic modulus and in the Poisson's coefficient. Complete stress-strain curves in compression of confined concrete core are obtained considering the variation of the axial forces in the leg of the stirrup during the loading process. The model was compared with some others presented in the literature and it was validated on the basis of the existing experimental data. Finally, it was shown that the model allows one to include the main parameters governing the confinement problems of high strength concrete members such as: - the strength of plain concrete and its brittleness; - the diameter, the pitch and the yielding stress of the stirrups; - the diameter and the yielding stress of longitudinal bars; - the side of the member, etc.
In recent years, concrete-filled box or tubular columns have been commonly used in high-rise buildings. However, a number of fire test results show that there are significant differences between high strength concrete (HSC) and normal strength concrete (NSC) after being subjected to high temperatures. Therefore, this paper presents an investigation on the fire resistance of HSC filled steel tubular columns (CFTCs) under combined temperature and loading. Two groups of full-size specimens were fabricated to consider the effect of type of concrete infilling (plain and reinforced) and the load level on the fire resistance of CFTCs. Prior to fire test, a constant compressive load (i.e., load level for fire design) was applied to the column specimens. Thermal load was then applied on the column specimens in form of ISO 834 standard fire curve in a large-scale laboratory furnace until the set experiment termination condition was reached. The results demonstrate that the higher the axial load level, the worse the fire resistance. Moreover, in the bar-reinforced concrete-filled steel tubular columns, the presence of rebars not only decreased the spread of cracks and the sudden loss of strength, but also contributed to the load-carrying capacity of the concrete core.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.22
no.2
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pp.617-624
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2021
Concrete-filled steel tubular columns can improve the strength and deformation capacity of structures, thereby enabling the development of efficient structures. The Korean design standard (KDS41) regarding concrete-filled steel tubular structures, established by the architectural institute of Korea in 2005, was revised in 2009 and 2016. The objective was to understand the compressive strengths and deformation capacity of stub columns for concrete-filled square steel tubes under uniaxial compression and validate the KDS41's standard code for necessary corrections. Experiments were conducted on 26 specimens with parameters, such as the width-thickness ratio of cold-formed square tubes. The following values of the stub columns for concrete-filled square steel tubes were obtained: compressive strengths, relationship between the axial load and axial displacement, and failure modes. An analysis of these results enabled an understanding of the concrete-filled effect and the influence of the wide-thickness ratio. The compressive strengths of filled concrete saw a 9% increase compared to a state of uniaxial stress, which must be noted in a future edition of KDS41. After benchmarking the results regarding square steel tubes generated by cold forming to the guidelines provided by the KDS41, the KDS41's value of 2.26 for the limiting width-to-thickness ratio for the compact section was found to be inflated. With a safety concern, this paper proposes a more conservative value of 1.35.
Park, Sung-Sik;Kim, Young-Su;Choi, Sun-Gyu;Shin, Shi-Eon
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.4C
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pp.213-220
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2008
A study on cemented sand reinforced with short fibers was carried out to improve its unconfined compressive strength and brittle behavior. Nak-dong River sand was mixed with Portland cement and polyvinyl alcohol (PVA) fibers. A PVA fiber widely used for concrete reinforcement is randomly distributed into cemented sand. Nak-dong River sand, cement and fibers with optimum water content were compacted in 5 layers and then cured for 7 days. The effect of fiber reinforcement rather than cementation was emphasized by using a small amount of cement. Weakly cemented sand with a cement/sand ratio less than 8% was fiber-reinforced with different fiber ratios and tested for unconfined compression tests. The effect of fiber ratio and cement ratio on unconfined compressive strength was investigated. Fiber-reinforced cemented sand with 2% cement ratio showed up to six times strength to non-reinforced cemented sand. Because of ductile behavior of fiber-reinforced specimens, an axial strain at peak stress of specimens with 2% cement ratio increases up to 7% as a fiber ratio increases. The effect of 1% fiber addition into 2% cemented sand on friction angle and cohesion was analyzed separately. When the fiber reinforcement is related to friction angle increase, the 8% of applied stress transferred to 1% fibers within specimens.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.14
no.2
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pp.949-954
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2013
Generally, structural plates under axial compression should be stiffened by longitudinal stiffeners in order to enhance the buckling strength. Though U-shaped ribs would be more efficient for the stiffened plate system, there is in the absence of a proper design guides or relevant research results. Thus this study is aimed to examine the local buckling behavior of stiffened plates with U-section ribs. 3-dimensional analysis models which include 3 types of U-shaped longitudinal stiffeners were simulated by using the finite element code ABAQUS. The bifurcation analysis were conducted and then the buckling analysis results are compared with the theoretical equation values. It is found that the rotational constraint effect provided by the U-ribs should increase the local buckling strength. Some features drawn from a series of parametric study results are summarized.
The present study simplified the moment-curvature relationship to straightforwardly determine the flexural behavior of reinforced concrete (RC) columns. For the idealized column section, moments and neutral axis depths at different stages(first flexural crack, yielding of tensile reinforcing bar, maximum strength, and 80% of the maximum strength at the descending branch) were derived on the basis of the equilibrium condition of forces and compatibility condition. Concrete strains at the extreme compression fiber beyond the maximum strength were determined using the stress-strain relationship of confined concrete, proposed by Kim et al. The lateral load-displacement curves converted from the simplified moment-curvature relationship of columns are well consistent with test results obtained from column specimens under various parameters. The moments and the corresponding neutral axis depth at different stages were formulated as a function of longitudinal reinforcement and transverse reinforcement indices and/or applied axial load index. Overall, curvature ductility of columns was significantly affected by the axial load level as well as concrete compressive strength and the amount of longitudinal and transverse reinforcing bars.
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 study suggests mixing steel fibers in concrete to secure the toughness of the columns. Therefore, to evaluate the structural behavior of welded built-up square columns filled with steel fiber reinforced concrete, ten stub column specimens were fabricated for compressive loading test with variables of steel fiber mixing ratio and loading condition. It is deduced that the steel fibers continue to provide tensile strength even after the concrete cracks and thus improve the strength and behavior of the column when bending moment is applied to it. A small amount of steel fibers can improve compressive strength and bending strength and thus produce economically efficient results when employed in structural design.
Self-Compacting Concrete (SCC) is a new technology capable to flow without segregation or any addition of energy which leads to efficient construction and cost savings. In this study, the effect of replacing the Ordinary Portland Cement (OPC) with Fly Ash (FA) on the strength, durability of the concrete was investigated experimentally, and carbon footprint and cost were also assessed. Four different replacement FA ratios (0%, 20%, 40% and 60%) were used to create four SCC mixes. Standard test methods were used to determine the workability, strength, and durability of the SCC mixes including resist chloride ion penetration, water permeability, water absorption, and initial surface absorption. The axial cube compressive strength tests were performed on the SCC mixes at 1, 7, 14, 28 and 35 days. Replacing the OPC with FA had a significant positive impact on chloride iron penetration resistance and water absorption but had a considerable negative impact on the compressive strength. The SCC mix with 60% FA had 36.7% and 15.8% enhancement in the resistance to chloride ion penetration and water absorption, respectively. Evaluation of the carbon footprint and the cost of each SCC mixes showed the $CO_2$ emissions mixes 1, 2, 3 and 4 were significantly reduced by increasing the FA content from 0% to 60%. Compared with the control mix, the cost of all mixes increased when the FA content increased, but no significant differences were seen between the estimated costs of all four mixes.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.19
no.5
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pp.10-21
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2015
Many studies have been carried out on carbon fiber-reinforced plastic sheet(hereafter CFRP sheet)-confined concrete specimens for improve structural performance of concrete structures. To complement the existing studies, a parametric study is conducted to examine the effect of various design parameters such as layers of CFRP sheet, size and aspect ratio of specimens, and overlap length. The behavior of CFRP-confined concrete is compared using stress-strain curves of each specimen. And the strengthening effect of CFRP sheet is examined by maximum compressive strength. As the layers of CFRP sheet increases, structural performance of CFRP-confined concrete is significant increased. If the overlap length is more than 5% of circumstance, strengthening effect is not affected. In addition, a test database assembled from test results and existing studies is presented. Using these test database, accuracy and reliability of the existing strength models for CFRP-confined concrete are verified.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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