Seismic design of reinforced concrete (RC) structures requires a certain minimum level of flexural ductility. For example, Eurocode EN1998-1 directly specifies a minimum flexural ductility for RC beams, while Chinese code GB50011 limits the equivalent rectangular stress block depth ratio at peak resisting moment to achieve a certain nominal minimum flexural ductility indirectly. Although confinement is effective in improving the ductility of RC beams, most design codes do not provide any guidelines due to the lack of a suitable theory. In this study, the confinement for desirable flexural ductility performance of both normal- and high-strength concrete beams is evaluated based on a rigorous full-range moment-curvature analysis. An effective strategy is proposed for flexural ductility design of RC beams taking into account confinement. The key parameters considered include the maximum difference of tension and compression reinforcement ratios, and maximum neutral axis depth ratio at peak resisting moment. Empirical formulae and tables are then developed to provide guidelines accordingly.
Confinement is one of the major concepts for bond of reinforcing steel to concrete. Cover distance, and lateral reinforcement are the key factors for current provisions for development and splices of reinforcement. However, the current provisions still being complicated to calculate major variables need to be developed in the process of design. In this study, an experimental work was performed to examine the behavior of bond using beam end specimens. The test results and previous available data are analyzed to isolate the effects of confinement on bond strength. From this reevaluation, new provisions for development and splice of reinforcement are proposed. The provisions also propose some limits for confinement index. The new provisions will help engineers to decide easily the simple but conservative way for manual calculations or the exact approach for computerized design.
The mechanical behavior of concrete-filled glass fiber reinforced polymer columns is affected by various factors including concrete strength, stiffness of tube, end confinement effect, and slenderness ratio of members. In this research the behavior of slender columns was examined both experimentally and analytically. Experimental works include 1) compression test with 30cm long glass fiber composite columns under different end confinement conditions, 2) uni-axial compression test for 7 slender columns, which have various slenderness ratios. Short-length stocky columns gave high strength and ductility revealing high confinement action of FRP tubes. The strength increment and strain change were examined under different end confinement conditions. With slender columns, failure strengths, confinement effects, and stress-strains relations were examined. Through analytical work, effective length was computed and it was compared with the amount of reduction in column strength, which is required to predict design strength with slender specimens. This study shows the feasibility of slender concrete-filled glass fiber reinforced polymer composite columns.
In order to investigate the seismic performance of regionally confined concrete circular column with trapezoid stirrups (TRCCC) under high axial compression ratio, the confinement mechanism of regionally confined concrete was analyzed. Three regionally confined concrete circular columns with trapezoid stirrups were designed, and low cyclic loading tests were conducted at three different axial compression ratios (0.9, 1.1, 1.25) to study the failure mode, hysteresis curve, skeleton curve, deformation capacity, stiffness degradation and energy dissipation capacity of the specimens. The results indicate that the form of regional confinement concrete provides more uniform confinement to the normal confinement, and the confinement efficiency at the edges is 1.4 times that of normal confined concrete. The ductility coefficients of the specimens were all greater than 3 under high axial compression ratios, and the stiffness and horizontal bearing capacity increased with the increase of axial compression ratio. Therefore, it is recommended that the code of design specifications can appropriately relax the axial compression ratio limit for TRCCC. Finally, the spacing between stirrups of TRCCC was analyzed using ABAQUS software. The results showed that as the spacing between the stirrups decreased, the cracking load and peak load of TRCCC increased continuously, but the rate of increase decreases.
Lou, Tiejiong;Lopes, Sergio M.R.;Lopes, Adelino V.
Structural Engineering and Mechanics
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제55권2호
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pp.379-398
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2015
Confinement is known to have important influence on ductility of high-strength concrete (HSC) members and it may therefore be anticipated that this parameter would also affect notably the moment redistribution in these members. The correctness of this "common-sense knowledge" is examined in the present study. A numerical test is performed on two-span continuous reinforced HSC beams with and without confinement using an experimentally validated nonlinear model. The results show that the effect of confinement on moment redistribution is totally different from that on flexural ductility. The moment redistribution at ultimate limit state is found to be almost independent of the confinement, provided that both the negative and positive plastic hinges have formed at failure. The numerical findings are consistent with tests performed on prototype HSC beams. Several design codes are evaluated. It is demonstrated that the code equations by Eurocode 2 (EC2), British Standards Institution (BSI) and Canadian Standards Association (CSA) can well reflect the effect of confinement on moment redistribution in reinforced HSC beams but the American Concrete Institute (ACI) code cannot.
The paper describes the mechanical behavior of short concrete-filled steel tube (CFT) columns with circular section. The efficiency of the steel tube in confining the concrete core depending on concrete strength and the steel tube thickness was examined. Fifteen columns were tested to failure under concentric axial loading. Furthermore, a mechanical model based on the interaction between the concrete core and the steel tube was developed. The model employs a volumetric strain history for the concrete, characterized by the level of applied confining stress. The situation of passive confinement is accounted for by an incremental procedure, which continuously updates the confining stress. The post-yield behavior of the columns is greatly influenced by the confinement level and is related to the efficiency of the steel tube in confining the concrete core. It is possible to classify the post-yield behavior into three categories: strain softening, perfectly plastic and strain hardening behavior. The softening behavior, which is due to a shear plane failure in the concrete core, was found for some of the CFT columns with high-strength concrete. Nevertheless, with a CFT column, it is possible to use high-strength concrete to obtain higher load resistance and still achieve a good ductile behavior.
Experimental studies were peformed to investigate variations in ductility of shear wall with length of boundary confinement. Eight specimens containg different lengths of confinment zone, which model compressive zone in plastic regions of shear walls, were tested against eccentric vetical load. Stress-strain model for confined concrete was used to predict strength and ductility of the specimens, which was compared to the test results. The results obtained show that failure of the compressive zone occurs in a brittle manner when the stress of unconfined zone softened after the ultimate strength were reached. To enhance the ductility of shear walls with concentrated confinement zone such as barbell-type walls, the ultimate strength of the confinement zone needs to be increased, and for shear walls with distributed confinement zone the length of the confinement zone needs to be extended.
Research on concrete-filled steel columns has been conducted. It is also well known that the load and deformation capacity of concrete-filled steel columns are considerable larger than those of widely used reinforced concrete columns and steel encased concrete columns because the concrete core in the steel is confined laterally by the steel. But, most of these works focused on columns with strength enhancement by the confinement effect, so that no local buckling prevented by the concrete. columns because the concrete core in the steel is confined laterally by the steel. But, most of these works focused on columns with strength enhancement by the confinement effect, so that no local buckling prevented by the concrete. This paper, therefore, presents on the stress-strain relation of a concrete filled rectangular steel tube under axial compression. As the results, the axial load verse average axial strain relationship of concrete-filled rectangular steel columns were very stable. The small B/t ratios in concrete-filled rectangular steel columns aren't affected prevention of local buckling but strength enhancement by confinement effect.
Experimental research was carried out to investigate the confinement effect of concrete specimens confined by single spirals subjected to the concentric axial compressive load. Main variables are the compressive strength of concrete, the spacing of the spiral reinforcement and the yield strength of the spiral reinforcement. Axial stress-strain curves are reported.
The use of external carbon-fiber-reinforced polymer (CFRP) wraps is one of the most effective techniques existing for the confinement of the circular concrete columns. Currently, several researches have been made to develop models for predicting the behavior of this type of confinement. The disadvantage of the most models, is to not take into account the contribution of the transverse steel reinforcements (TSR) effect, However, very limited models have been recently developed that considers this combined effect and gives less accurate results. This paper presents the development of a new model for the axial behavior of circular concrete columns confined by combining external CFRP warps-and-internal TSR (hoops or spirals) based on the existing experimental data. The comparison between the proposed model and the experimental results showed good agreement comparing to the several existing models. Moreover, the expressions of estimating the ultimate strength and the corresponding strain are simple and precise, which make it easy to use in the design applications.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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