Herrera, Ricardo A.;Muhummud, Teerawut;Ricles, James M.;Sause, Richard
Steel and Composite Structures
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v.43
no.3
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pp.327-340
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2022
A vast amount of experimental and analytical research has been conducted related to the seismic behavior and performance of concrete filled steel tubular (CFT) columns. This research has resulted in a wealth of information on the component behavior. However, analytical and experimental data for structural systems with CFT columns is limited, and the well-known behavior of steel or concrete structures is assumed valid for designing these systems. This paper presents the development of an analytical model for nonlinear analysis of composite moment resisting frame (CFT-MRF) systems with CFT columns and steel wide-flange (WF) beams under seismic loading. The model integrates component models for steel WF beams, CFT columns, connections between CFT columns and WF beams, and CFT panel zones. These component models account for nonlinear behavior due to steel yielding and local buckling in the beams and columns, concrete cracking and crushing in the columns, and yielding of panel zones and connections. Component tests were used to validate the component models. The model for a CFT-MRF considers second order geometric effects from the gravity load bearing system using a lean-on column. The experimental results from the testing of a four-story CFT-MRF test structure are used as a benchmark to validate the modeling procedure. An analytical model of the test structure was created using the modeling procedure and imposed-displacement analyses were used to reproduce the tests with the analytical model of the test structure. Good agreement was found at the global and local level. The model reproduced reasonably well the story shear-story drift response as well as the column, beam and connection moment-rotation response, but overpredicted the inelastic deformation of the panel zone.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1995.10a
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pp.187-192
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1995
Four types of experiments were performed to check the similitude of member behavior between prototype and 1/10 scale models:(1) Test of slender columns with P- effect, (2)Test of short columns with and without confinement steel, (3)Test of simple beams without stirrups, and (4)T-beam test. Based on the results of experiments, the conclusions were made as follows : (1) The P- effect of slender columns can be almost exactly represented by 1/10 acale model. (2)The effect of confinement on short columns by the hoop steel can also roughly simulated by 1/10 scale model. (3)The failure modes of simple beams models were the yielding of tension steel followed by large diagonal tension cracking+compressive concrete failure. (4)The behaviors of prototype and 1/10 scale model in T-beams appear very similar.
This paper presents results of an experimental study to evaluate a new retrofit technique for strengthening shear deficient short concrete beams and columns. In this technique a mortar jacket reinforced with expanded steel meshes is used for retrofitting. Twelve short reinforced concrete specimens, including eight retrofitted ones, were tested. Six specimens were tested under a constant compressive axial force of 15% of column axial load capacity based on original concrete gross section, $A_g$, and the concrete compressive strength, ${f_c}^{\prime}$. Main variables were the spacing of ties in original specimens and the volume fraction of expanded metal in jackets. Original specimens failed before reaching their nominal calculated flexural strength, $M_n$, and had very poor ductility. Strengthened specimens reached their nominal flexural strength and had a ductility capacity factor of up to 8 for the beams and up to 5.5 for the columns. Based on the test results, it can be concluded that expanded steel meshes can be used effectively to strengthen shear deficient concrete members.
The impacts of reinforcing concrete matrix with steel fibers, polypropylene fibers and recycled plastic fibers using different volume fractions of 0.15%, 0.5%, 1.5% and 2.5% on the compressive and tensile characteristics are experimentally investigated in the current research. Also, flexural behavior of plain concrete (PC) beams, shear performance of reinforced concrete (RC) beams and compressive characteristics of both PC and RC columns reinforced with recycled plastic fibers were studied. The experimental results showed that the steel fibers improved the splitting tensile strength of concrete higher than both the polypropylene fibers and recycled plastic fibers. The end-hooked steel fibers had a positive effect on the compressive strength of concrete while, the polypropylene fibers, the recycled plastic fibers and the rounded steel fibers had a negative impact. Compressive strength of end-hooked steel fiber specimen with volume fraction of 2.5% exhibited the highest value among all tested samples of 32.48 MPa, 21.83% higher than the control specimen. The ultimate load, stiffness, ductility and failure patterns of PC and RC beams in addition to PC and RC columns strengthened with recycled plastic fibers enhanced remarkably compared to non-strengthened elements. The maximum ultimate load and stiffness of RC column reinforced with recycled plastic fibers with 1.5% volume fraction improved by 21 and 15%, respectively compared to non-reinforced RC column.
The behaviour of hollow structural steel (HSS) stub columns and beams filled with normal concrete and recycled aggregate concrete (RAC) under instantaneous loading was investigated experimentally. A total of 40 specimens, including 30 stub columns and 10 beams, were tested. The main parameters varied in the tests were: (1) recycled coarse aggregate (RCA) replacement ratio, from 0 to 50%, (2) sectional type, circular and square. The main objectives of these tests were threefold: first, to describe a series of tests on new composite columns; second, to analyze the influence of RCA replacement ratio on the compressive and flexural behaviour of recycled aggregate concrete filled steel tubes (RACFST), and finally, to compare the accuracy of the predicted ultimate strength, bending moment capacity and flexural stiffness of the composite specimens by using the recommendations of ACI318-99 (1999), AIJ (1997), AISC-LRFD (1999), BS5400 (1979), DBJ13-51-2003 (2003) and EC4 (1994).
This paper presents an analytical procedure for the analysis of high strength steel fiber reinforced concrete members considering the cracking effect in the serviceability loading range. Modifications to a previously proposed formula for the effective moment of inertia are presented. Shear deformation effect is also taken into account in the analysis, and the variation of shear stiffness in the cracked regions of members has been considered by reduced shear stiffness model. The effect of steel fibers on the behavior of reinforced concrete members have been investigated by the developed computer program based on the aforementioned procedure. The inclusion of steel fibers into high strength concrete beams and columns enhances the effective moment of inertia and consequently reduces the deflection reinforced concrete members. The contribution of the shear deformation to the total vertical deflection of the beams is found to be lower for beams with fibers than that of beams with no fibers. Verification of the proposed procedure has been confirmed from series of reinforced concrete beam and column tests available in the literature. The analytical procedure can provide an accurate and efficient prediction of deflections of high strength steel fiber reinforced concrete members due to cracking under service loads. This procedure also forms the basis for the three dimensional analysis of frames with steel fiber reinforced concrete members.
Siddika, Ayesha;Al Mamun, Md. Abdullah;Siddique, Md. Abu Bakar
Journal of Construction Engineering and Project Management
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v.7
no.4
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pp.13-19
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2017
This study is based on the use and performance of bamboo reinforcements in construction of low-cost structures. This study investigated the physical and mechanical properties of bamboo reinforcements. Bamboo reinforced concrete beam specimens were tested with different reinforcement ratios and observed the load capacity, deflection and failure patterns. It was observed that, flexural strength of bamboo reinforced column is sufficient higher than plain cement concrete and comparable to steel reinforced concrete beams. Bamboo reinforced concrete columns with different reinforcement ratio also tested and observed the ultimate compressive strength and failure pattern. It found, all columns failed in a similar pattern due to crushing of concrete. According to cost analysis, bamboo reinforced beams and columns with moderate reinforcement ratio showed the best strength-cost ratio among plain cement concrete and steel reinforced concrete.
Frame composed of concrete-filled steel tubular columns and I-shaped steel beam has been researched in order to development reasonable connection details. The present paper describes the results of an experimental program in four different connection details. The connection details considered include through-bolt between I-shaped steel beams and concrete-filled steel tubular columns and two details of welded connections. One of the welded connection details is stiffened by angles welded in the interior of the profile wall at the beam flange level. The specimens were tested in a cruciform loading arrangement with variable monotonic loading on the beams and constant compressive load on the column. For through-bolt details, the contribution of friction and bearing were investigated by embedding some of the bolts in the concrete. The results of the tests show that through-bolt connection details are very ductility and the bearing is not important to the behavior of these moment connections. The angles welded in the interior of the profile wall increase the strength and stiffness of the welded connection detail. In addition, the behavior curves of these connections are compared and some interesting conclusions are drawn. The results are summarized for the strength and stiffness of each connection.
In this study, the fire resistance performance of the concrete-filled steel tube (CFT) columns and thin steel-plate composite (TSC) beams installed at a 20-story office building were designed using a performance-based structural fire design. Because of the lack of any specific provisions in the building code and guidelines for structural engineers about the performance-based approach, the only prescriptive approach has been selected for designing fire-resistant structures in Korea. To evaluate the fire resistance performance of the CFT columns and TSC beams, finite element analysis verified by the experimental results studied by several researchers was conducted with ABAQUS. From the fire scenario, the temperature distributions of the CFT columns and TSC beams were found via finite element analysis and the behaviors of the CFT columns and TSC beams were investigated in the structural field based on the temperature distribution.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1999.10a
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pp.127-134
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1999
An optimization algorithm based on Genetic Algorithm(GA) is developed for discrete optimization of reinforced concrete plane frame by constructing databases. Under multiple loading conditions, discrete optimum sets of reinforcements for both negative and positive moments in beams, their dimensions, column reinforcement, and their column dimensions are found. Construction practice is also implemented by linking columns and beams by group ‘Connectivity’between columns located in the same column line is also considered. It is shown that the developed genetic algorithm was able to reach optimum design for reinforced concrete plane frame construction practice.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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