To explore the feasibility of eliminating the longitudinal rebars and stirrups by using ultra-high-performance fiber reinforcement concrete (UHPFRC) in concrete encased steel composite stub column, compressive behavior of UHPFRC encased steel stub column has been experimentally investigated. Effect of concrete types (normal strength concrete, high strength concrete and UHPFRC), fiber fractions, and transverse reinforcement ratio on failure mode, ductility behavior and axial compressive resistance of composite columns have been quantified through axial compression tests. The experimental results show that concrete encased composite columns with NSC and HSC exhibit concrete crushing and spalling failure, respectively, while composite columns using UHPFRC exhibit concrete spitting and no concrete spalling is observed after failure. The incorporation of steel fiber as micro reinforcement significantly improves the concrete toughness, restrains the crack propagation and thus avoids the concrete spalling. No evidence of local buckling of rebars or yielding of stirrups has been detected in composite columns using UHPFRC. Steel fibers improve the bond strength between the concrete and, rebars and core shaped steel which contribute to the improvement of confining pressure on concrete. Three prediction models in Eurocode 4, AISC 360 and JGJ 138 and a proposed toughness index (T.I.) are employed to evaluate the compressive resistance and post peak ductility of the composite columns. It is found that all these three models predict close the compressive resistance of UHPFRC encased composite columns with/without the transverse reinforcement. UHPFRC encased composite columns can achieve a comparable level of ductility with the reinforced concrete (RC) columns using normal strength concrete. In terms of compressive resistance behavior, the feasibility of UHPFRC encased steel composite stub columns with lesser longitudinal reinforcement and stirrups has been verified in this study.
이 연구는 새로운 형태의 FRP-콘크리트 합성말뚝인 하이브리드 CFFT(HCFFT)를 개발하는 과정의 일부이다. 이 논문에서는 CFFT와 HCFFT의 압축강도실험을 통하여 구조적 거동을 분석하였다. 압축강도실험에 앞서 PFRP와 FFRP 재료의 역학적 성질을 조사하였다. HCFFT 압축강도실험은 콘크리트 강도와 FFRP의 두께를 변수로 하여 실험을 수행하였다. 그리고, FFRP 두께를 변수로 PFRP를 제외한 CFFT 실험체를 제작하고 실험을 수행하여 HCFFT와 비교 분석하였다. 실험 결과, HCFFT의 압축강도는 CFFT에 비하여 11~47% 향상되는 것으로 나타났다. 실험구간내의 필라멘트 와인딩 FRP 보강두께의 증가에 따른 HCFFT의 압축강도는 선형으로 증가시키는 것으로 나타났다. 또한 실험체와 동일한 조건의 유한요소해석을 수행하였다. 해석결과는 실험결과에 비하여 모든 시편에서 약간 작은 값을 보였으며, 0.14%에서 17.95%까지의 오차범위 내에 있음을 알 수 있었다.
An experimental investigation was conducted to examine the behavior of high-strength concrete R/C columns subjected to moment, shear and axial load. The test parameters of specimens were the compressive strength of concrete(f'c=250, 516, 600kg/ ㎠), space of lateral reinforcement (20, 30, 37cm) and lateral reinforcement ratio(ρs=2.1, 3.15%). Test results indicated that compressive strength of concrete and lateral reinforcement can significantly affect and alter the behavior of column under inelastic cyclic loadings. Despite of the defaults of high-strength concrete, with increased amount of lateral reinforcement ratio to core concrete and added sub-lateral reinforcement, ductility and strength of RC columns used high-strength concrete can secured.
The use of carbon fiber-reinforced polymers (CFRP) has widely increased due to its enhancement in the ultimate strength and ductility of the reinforced concrete (RC) structures. This study presents a prediction model for the axial compressive strength and strain of normal-strength concrete cylinders confined with CFRP. Besides, soft computing approaches have been extensively used to model in many areas of civil engineering applications. Therefore, the genetic expression programming (GEP) models to predict axial compressive strength and strain of CFRP-confined concrete specimens were used in this study. For this purpose, the parameters of 283 CFRP-confined concrete specimens collected from 38 experimental studies in the literature were taken into account as input variables to predict GEP based models. Then, the results of GEP models were statistically compared with those of models proposed by various researchers. The values of R2 for strength and strain of CFRP-confined concrete were obtained as 0.897 and 0.713, respectively. The results of the comparison reveal that the proposed GEP-based models for CFRP-confined concrete have the best efficiency among the existing models and provide the best performance.
Currently, in evaluating a flexural strength of a concrete member, the effect of specimen depth has not been systematically studied, even though its effect on ultimate strength of a section is very important. For all types of loading conditions, the trend is that the strength of a member tends to decrease when the member depth increases. In this study, the influence of specimen depth on flexural compressive strength of concrete member was examined experimentally. A series of C-shaped specimens subjected to axial compressive force and bending moment were tested using three geometrically similar specimens with different length-to-depth ratios(h/c=1, 2 and 4) which have compressive strength of 55MPa. The results indicate that the flexural compressive strength decreased as the specimen depth increased. A model equation was derived based on regression analyses of the experimental data. Also the results show that ultimate strain decreases as the specimen depth increases. Finally, a general model equation for the depth effect is proposed.
In evaluating the ultimate strength of a section for a reinforced concrete flexural member, the effect of member length is not usually considered, even though the strength tends to decrease with increase of member length. In this paper the influence of specimen length on flexural compressive strength of concrete was evaluated. For this purpose, a series of C-shaped specimens subjected to axial compression and bending moment were tested using four different length-to-depth ratios (from 1,2,3 and 4) of specimens with compressive strength of 590 kgf/$\textrm{cm}^2$. Results indicate that for the region of h/c <3.0 the reduction in flexural compressive strength with increase of length-to-depth ratios was apparent. A model equation was depth of an equivalent rectangular stress block was larger than that by ACI. It was also founded that the effect of specimen length on ultimate strain was negligible. Finally more general model equation is also suggested.
This paper presents an experimental study, investigating the compressive behavior of glass-fibre reinforced and unreinforced cementitious material-filled square steel tubular (GFCMFST and CMFST) columns. The specimens were manufactured by using high performance cementitious materials without using coarse aggregate. The influence of adding glass-fibres to the mix on the behavior of both axially and eccentrically loaded columns is considered. It was found that adding glass fibre improvesthe confinement behavior, the axial compressive strength, the stiffness and the toughness of both axially and eccentrically loaded columns. The compressive strength of axially loaded columns is compared with strength predictions according to EC4 and the AISC specification. It was found that the design predictions according to EC4 and the AISC codes provide conservative results for CMFST and GFCMFST columns. Alternatively, the axial load-bending moment interaction diagrams specified in theEC4 are conservative for the eccentrically tubular CMFST and GFCMFST tested columns.
This paper is aiming to study the performances of reinforced high-strength concrete (HSC) short columns confined with aramid fibre-reinforced polymer (AFRP) sheets. An experimental program, which involved 45 confined columns and nine unconfined columns, was carried out in this study. All the columns were circular in cross section and tested under axial compressive load. The considered parameters included the concrete strength, amount of AFRP layers, and ratio of hoop reinforcements. Based on the experimental results, a prediction model for the axial stress-strain curves of the confined columns was proposed. It was observed from the experiment that there was a great increment in the compressive strength of the columns when the amount of AFRP layers increases, similar as the ultimate strain. However, these increments were reduced as the concrete strength increasing. Comparisons with other existing prediction models present that the proposed model can provide more accurate predictions.
Kim, Seung-Hun;Lee, Ae-Bock;Han, Byung-Chan;Ha, Sang-Su;Yun, Hyun-Do
Structural Engineering and Mechanics
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제18권4호
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pp.493-516
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2004
This paper addresses the behavior and strength of structural walls with a concrete compressive strength exceeding 69 MPa. This information also enhances the current database for improvement of design recommendations. The objectives of this investigation are to study the effect of axial-load ratio on seismic behavior of high-strength concrete flexural walls. An analysis has been carried out in order to assess the contribution of deformation components, i.e., flexural, diagonal shear, and sliding shear on total displacement. The results from the analysis are then utilized to evaluate the prevailing inelastic deformation mode in each of wall. Moment-curvature characteristics, ductility and damage index are quantified and discussed in relation with axial stress levels. Experimental results show that axial-load ratio have a significant effect on the flexural strength, failure mode, deformation characteristics and ductility of high-strength concrete structural walls.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제11권1호
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pp.396-408
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2019
The tubes which are applied in jacket platforms as the supporting structure might be collided by supply vessels. Such kind of impact will lead to plastic deformation on tube members. As a result, the ultimate strength of tubes will decrease compared to that of intact ones. In order to make a decision on whether to repair or replace the members, it is crucial to know the residual strength of the tubes. After being damaged by lateral impact, the simply supported tubes will definitely loss a certain extent of load carrying capacity under uniform axial compression. Therefore, in this paper, the relationship between the residual ultimate strength of the damaged circular tube by collision and the energy dissipation due to lateral impact is investigated. The influences of several parameters, such as the length, diameter and thickness of the tube and the impact energy, on the reduction of ultimate strength are investigated. A series of numerical simulations are performed using nonlinear FEA software LS-DYNA. Based on simulation results, a non-dimensional parameter is introduced to represent the degree of damage of various size of tubes after collision impact. By applying this non-dimensional parameter, a simplified formula has been derived to describe the relationship between axial compressive residual ultimate and lateral impact energy and tube parameters. Finally, by comparing with the allowable compressive stress proposed in API rules (RP2A-WSD A P I, 2000), the critical damage of tube due to collision impact to be repaired is proposed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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