The current study explores the soil-structure interaction (SSI) effect on the potential seismic damage of mid-rise non-seismically designed reinforced concrete frames retrofitted by Fibre Reinforced Polymer (FRP). An 8-storey reinforced concrete frame poorly-confined due to transverse reinforcement deficiency is selected and then retrofitted by FRP wraps to provide external confinement. The poorly-confined and FRP retrofitted frames with/without SSI are modelled using hysteretic nonlinear elements. Inelastic time history and damage analyses are performed for these frames subjected to different seismic intensities. The results show that the FRP confinement significantly reduces one or two damage levels for the poorly-confined frame. More importantly, the SSI effect is found to increase the potential seismic damage of the retrofitted frame, reducing the effectiveness of FRP retrofitting. This finding, which is contrary to the conventionally beneficial concept of SSI governing for decades in structural and earthquake engineering, is worth taking into account in designing and evaluating retrofitted structures.
Kim Kyong-Tae;Seo Soo-Yeon;Yoon Seung-Joe;Yoshimura Koji;Sung Ki-Tae
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2004.11a
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pp.5-8
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2004
In order to investigate the effect of the height of application point of lateral loads and reinforcing steel bars in walls and columns in improving the seismic behavior of confined concrete block masonry walls, an experimental research program is conducted. A total of four one-half scale specimens are tested under repeated lateral loads. Specimens are tested to failure with increasing maximum lateral drifts while a vertical axial load was applied and maintained constant. The constant vertical axial stresses applied are 0, 0.84 and 1.80MPa, while the amount of reinforcements in horizontal and vertical directions are $0\%,\;0.08\%\;and\;0.18\%$ respectively. Test results obtained for each specimen include cracking patterns, load-deflection data, and strains in reinforcement and walls in critical locations. Analysis of test data showed that above parameters generate a considerable effect on the seismic performance of confined concrete block masonry walls.
Choi, Eunsoo;Kim, Byeong Hwa;Shin, Jae Kwan;Lee, Do Hyung
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.18
no.1
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pp.45-51
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2014
This paper investigates experimentally the confinement effect on concrete. For this purpose, outside lateral reinforcement members made of stainless steel and GFRP were employed. Then, uniaxial compressive tests on concrete cylinders incorporating the members were conducted. A total of 30 cylinder specimens, specifically, 6 unconfined specimens, 12 specimens confined by stainless steel and 12 specimens confined by GFRP, were fabricated. The failure patterns of both unconfined and confined specimens were assessed and discussed based on experimental results. The results proved that the maximum stress and corresponding strains of the cylinders confined using the proposed hoops are increased in comparison with those of the unconfined. This supports that the current work can be used for retrofitting concrete members and structures and thus may lead to increased stability of such structures.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.21
no.1
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pp.49-57
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2017
In order to avoid collapse of bridges in earthquakes bridge piers are generally designed to attain sufficient ductility. This full-ductility design method has merits for securing the seismic safety readily against strong earthquakes but, it has weakness of high cost design because of excessive safety margin. Recently, in many countries with high seismic technologies, the seismic design concept tends to shift from the collapse prevention design to the performance-based one which requires different performance (damage) levels according to the structural importance. In order to establish this performance-based design method the displacement ductility of confined concrete members should be evaluated quantitatively. And the stress-strain model of confined concrete is indispensible in evaluating displacement ductility. In this study, 6 test groups with different lateral reinforcement ratios were prepared. 10 same specimens with circular section for each group were tested to obtain more reliable test results. The characteristic values necessary for composing the stress-strain model were obtained from experiments. Based on these characteristic values the new stress-strain model modifying the Hoshikuma's one has been proposed.
Kim, Young Seek;Kim, Dong Hwan;Kim, Sang Woo;Kim, Kil Hee
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.16
no.6
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pp.1-8
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2012
This study estimates the performance of confined concrete according to the configuration of transverse steel bars. The main test variables were the yield strength of spiral reinforcement and configuration of transverse reinforcement. A total of 27 specimens with rectangular cross section were cast and tested under monotonic concentric compression. R-type specimens with rectangular spirals, C-type specimens with circular spirals and O-type specimens with combined shape of rectangular and octagon were designed in this study. From experimental results, it is concluded that the proposed configuration of transverse reinforcement can provided improved ductility to the confined concrete compared to rectangular spiral reinforcement.
Rasheed, Hayder A.;El-Fattah, Ahmed M. Abd;Esmaeily, Asad;Jones, John P.;Hurst, Kenneth F.
Computers and Concrete
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v.10
no.4
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pp.331-347
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2012
This paper describes the varying material model, the analysis method and the software development for reinforced concrete circular columns confined by spiral or hoop transverse steel reinforcement and subjected to eccentric loading. The widely used Mander model of concentric loading is adapted here to eccentric loading by developing an auto-adjustable stress-strain curve based on the eccentricity of the axial load or the size of the compression zone to generate more accurate interaction diagrams. The prediction of the ultimate unconfined capacity is straight forward. On the other hand, the prediction of the actual ultimate capacity of confined concrete columns requires specialized nonlinear analysis. This nonlinear procedure is programmed using C-Sharp to build efficient software that can be used for design, analysis, extreme event evaluation and forensic engineering. The software is equipped with an elegant graphics interface that assimilates input data, detail drawings, capacity diagrams and demand point mapping in a single sheet. Options for preliminary design, section and reinforcement selection are seamlessly integrated as well. Improvements to KDOT Bridge Design Manual using this software with reference to AASHTO LRFD are made.
El-Mahdya, Osama O.;Hamdy, Gehan A.;Hisham, Mohammed
Structural Engineering and Mechanics
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v.77
no.5
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pp.673-689
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2021
This paper addresses the efficiency of thermal insulation layers applied to protect structural elements strengthened by fiber-reinforced polymers (FRP) in the case of fire event. The paper presents numerical modeling and nonlinear analysis of reinforced concrete (RC) columns externally strengthened by FRP and protected by thermal insulation layers when subjected to elevated temperature specified by standard fire tests, in order to predict their residual capacity and fire endurance. The adopted numerical approach uses commercial software includes heat transfer, variation of thermal and mechanical properties of concrete, steel reinforcement, FRP and insulation material with elevated temperature. The numerical results show good agreement with published results of full-scale fire tests. A parametric study was conducted to investigate the influence of several variables on the structural response and residual capacity of insulated FRP-confined columns loaded by service loads when exposed to fire. The residual capacity of FRP-confined RC column was affected by concrete grade and insulation material and was shown to improve substantially by increasing the concrete cover and insulation layer thickness. By increasing the VG insulation layer thickness 15, 32, 44, 57 mm, the loss in column capacity after 5 hours of fire was 30%, 13%, 7% and 5%, respectively. The obtained results demonstrate the validity of the presented approach for estimation of fire endurance and residual strength, as an alternative for fire testing, and for design of fire protection layers for FRP-confined RC columns.
Nematzadeh, Mahdi;Fazli, Saeed;Hajirasouliha, Iman
Steel and Composite Structures
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v.23
no.5
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pp.517-527
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2017
In this paper, the effect of active confinement on the compressive behaviour of circular steel tube-confined concrete (STCC) and concrete-filled steel tube (CFST) columns is investigated. In STCC columns the axial load is only applied to the concrete core, while in CFST columns the load is carried by the whole composite section. A new method is introduced to apply confining pressure on fresh concrete by laterally prestressing steel tubes. In order to achieve different prestressing levels, short-term and long-term pressures are applied to the fresh concrete. Three groups of STCC and CFST specimens (passive, S-active and L-active groups) are tested under axial loads. The results including stress-strain relationships of composite column components, secant modulus of elasticity, and volumetric strain are presented and discussed. Based on the elastic-plastic theory, the behaviour of the steel tube is also analyzed during elastic, yielding, and strain hardening stages. The results show that using the proposed prestressing method can considerably improve the compressive behaviour of both STCC and CFST specimens, while increasing the prestressing level has insignificant effects. By applying prestressing, the linear range in the stress-strain curve of STCC specimens increases by almost twice as much, while the improvement is negligible in CFST specimens.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.3
no.1
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pp.39-45
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2009
The purpose of this study is to establish flexural behavior of high-strength concrete beams confined in the pure bending zone with stirrups. The experiment was carried out on full-scale high-strength reinforced concrete beams, of which the compressive strengths were 40 MPa and 70 MPa. The beams were confined with rectangular closed stirrups. Test results are reviewed in terms of flexural capacity and ductility. The effect of web reinforcement ratio, longitudinal reinforcement ratio and shear span to beam depth ratio on ductility are investigated. The analytic method is based on finite element method using fiber-section model, which is known to define the behavior of reinforced concrete structures well up to the ultimate state and is proven to be valid by the verification with the experimental results above. It is found that confinement of concrete compressive regions with closed stirrups does not affect the flexural strength but results in a significantly increased ductility. Moreover, the ductility tends to increase as the quantity of stirrups increases by reducing the spacing of stirrups.
While the cyclic behaviour of fiber-reinforced polymer (FRP)-confined columns is studied rather extensively, the cyclic response especially the energy dissipation of FRP-confined damaged and undamaged square RC columns is not yet fully understood. In this paper, an experimental and numerical investigation was conducted to study the cyclic behavior of two different types of Carbon FRP (CFRP)-confined square RC columns: strengthened and repaired. The main variables investigated are initial damage, confinement of CFRP, longitudinal steel reinforcement ratio. The experimental results show that lower initial damage, added confinement with CFRP and longitudinal reinforcement enhance the ductility, energy dissipation capacity and strength of the columns, decrease the stiffness and strength degradation rates of all CFRP-confined square RC columns. Two hysteretic constitutive models were developed for confined damaged and undamaged concrete and cast into the non-linear beam-column fiber-based models in the software Open System for Earthquake Engineering Simulation (OpenSees) to analyze the cyclic behavior of CFRP-confined damaged and undamaged columns. The results of the numerical models are in good agreement with the experiments.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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