This paper presents the results of a comprehensive experimental investigation on the compressive behaviour of steel tube-confined concrete (STCC) stub columns with active and passive confinement. To create active confinement in STCC columns, an innovative technique is used in which steel tube is laterally pre-tensioned while the concrete core is simultaneously pre-compressed by applying pressure on fresh concrete. A total of 135 STCC specimens with active and passive confinement are tested under axial compression load and their compressive strength, ultimate strain capacity, axial and lateral stress-strain curves and failure mode are evaluated. The test variables include concrete compressive strength, outer diameter to wall thickness ratio of steel tube and prestressing level. It is shown that applying active confinement on STCC specimens can considerably improve their mechanical properties. However, applying higher prestressing levels and keeping the applied pressure for a long time do not considerably affect the mechanical properties of actively confined specimens. Based on the results of this study, new empirical equations are proposed to estimate the axial strength and ultimate strain capacity of STCC stub columns with active and passive confinement.
The reliable pushover analysis of RC structures requires a realistic prediction of moment-curvature relations, which can be obtained by utilizing proper constitutive models for the stress-strain relationships of laterally confined concrete members. Theoretical approach of Mander is still a single stress-strain model, which employs a multiaxial failure surface for the determination of the ultimate strength of confined concrete. Alternatively, this paper introduces a simple and practical failure criterion for confined concrete with emphasis on introduction of significant modifications into the two-parameter Drucker-Prager model. The new criterion is only applicable to triaxial compression stress state which is exactly the case in the RC columns. Unlike many existing multi-parameter criteria proposed for the concrete fracture, the model needs only the compressive strength of concrete as an independent parameter and also implies for the influence of the Lode angle on the material strength. Adopting Saenz equation for stress-strain plots, satisfactory agreement between the measured and predicted results for the available experimental test data of confined normal and high strength concrete specimens is obtained. Moreover, it is found that further work involving the confinement pressure is still encouraging since the confinement model of Mander overestimates the ultimate strength of some RC columns.
This paper aims to analytically investigate the effect of shear stress at the concrete-steel interface on the mechanical behavior of the circular steel tube-confined concrete (STCC) stub columns with active and passive confinement subjected to axial compression. Nonlinear 3D finite element models divided into the four groups, i.e. circumferential-grooved, talc-coated, lubricated, and normal groups, with active and passive confinement were developed. An innovative method was used to simulate the actively-confined specimens, and then, the results of the finite element models were compared with those of the experiments previously conducted by the authors. It was revealed that both the predicted peak compressive strength and stress-strain curves have good agreement with the corresponding values measured for the confined columns. Then, the mechanical properties of the active and passive specimens such as the concrete-steel interaction, longitudinal and hoop stresses of the steel tube, confining pressure applied to the concrete core, and compressive stress-strain curves were analyzed. Furthermore, a parametric study was performed to explore the effects of the concrete compressive strength, steel tube diameter-to-wall thickness ratio, and prestressing level on the compressive behavior of the STCC columns. The results indicate that reducing or removing the interfacial shear stress in the active and passive specimens leads to an increase in the hoop stress and confining pressure, while the longitudinal stress along the steel tube height experiences a decrease. Moreover, prestressing via the presented method is capable of improving the compressive behavior of STCC columns.
Early investigations focused mainly on manipulating the confinement effect to develop a reinforced concrete column with lateral hoops. Based on this legacy model, Li's model incorporated the additional confinement effect of a steel jacket. However, recent experiments on plain concrete cylinders with steel jackets revealed relatively large discrepancies in the estimates of strength enhancement and the post-peak behavior. Here, we describe a modified constitutive law for confined concrete with an unbonded external steel jacket in terms of three regions for the loading stage. We used a two-phase heterogeneous concrete model to simulate the uniaxial compression test of a $150mm{\times}300mm$ concrete cylinder with three thicknesses of steel jackets: 1.0 mm, 1.5 mm, and 2.0 mm. The proposed constitutive model was verified by a series of finite element analyses using a finite element program. The damaged plasticity model and extended Drucker-Prager model were applied and compared in terms of the level of pressure sensitivity for confinement in 3D. The proposed model yielded results that were in close agreement with the experimental results.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2000.10a
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pp.285-290
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2000
A mathematical model which can simulate biaxial moment-curvature relations for reinforced concrete column is developed. The developed model is capable of tracing the post-peak behavior of a column after peak load. The model can take into account different sectional shapes of a column and various constitutive models of confined concrete. The developed model is used to evaluate constitutive models of confined concrete under concentric loading, suggested by different researchers. Error function which measures the overall constitutive behavior of a confined concrete is intrcduced. The constitutive model minimizing this error function is selected and is incorporated into the developed model in order to investigate the effect of main parameters on the general column behavior.
Hong Ki Nam;Yi Seong Tae;Choi Hong Shik;Lee Si Woo;Kwak Hong Shin;Han Sang Hoon
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2005.05a
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pp.91-94
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2005
Experimental research was conducted to investigate the behavior of RC circular columns confined by high-strength ties. Large scale columns with concrete strength 34.1 and 65.3 MPa were tested under monotonically increasing concentric compression. The test parameters included the volumetric ratio, tie arrangement, tie yield strength, and concrete compressive strength. The results indicate that high-strength concrete columns can be confined to achieve inelastic deformations usually predicted for normal-strength concrete columns. This can be done by providing increasing volumetric ratio and tie yield strength.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1999.10a
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pp.705-708
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1999
Advanced composite materials such as carbon fiber, aramid, and glass fiber sheet, are widely used recently to strengthening existing reinforced concrete structures. The purpose of this paper was to investigate the mechanical characteristics of concrete compressive members confined with carbon fiber sheet and evaluate the efficiency of the strengthening under load actions. Uniaxal compression tests of concrete compressive members confined with carbon fiber sheet were experimentally used to develop a relationship between the axial stresses and the lateral stresses. The resulting axial and lateral strains were used to determine the confinement effect of concrete compressive members.
Han, Taek Hee;Youm, Eung Jun;Han, Sang Yun;Kang, Young Jong
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.19
no.1
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pp.43-52
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2007
There is a growing range of applications for concrete-filled steel tube (CFT) member because of its superior performance. But a CFT member may be uneconomical or has weight problems because it is fully filled with concrete. In this study, a new type of member, called internally confined hollow (ICH) CFT member, was developed to solve the high cost and weight problems of the CFT member. To determine stress-strain model of the concrete in an ICH CFT column, possible failure modes of an ICH CFT column were suggested and confining pressure was derived from equilibriums for each failure mode. From the derived equations, a computer program was coded and parametric studies were performed for some examples. Analytical results showed that internally confined concrete has enhanced strength and ductility compared with those of unconfined or biaxially confined concrete.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1990.04a
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pp.116-121
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1990
Baxed on the results tested by various researchers, a complete stress-strain relation of plain and confined concrete is proposed. The peak strength and the corresponding strain are calculated by using the Mohr-Coulomb theory and elastic tri-axial constitutive relation. A parametric study was conducted to assess the influence of the plain concrete strength, the degree of confinement, the shape of the section, and the tie configuration for the square section. According to this model, the behavior of concrete section is predicted, and compared with experimental data and other proposed models on circular and square sections. A good agreement between theoretical and experimental results is observed.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2003.05a
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pp.937-942
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2003
Three series of 36 short circular columns confined by wraps, full shells and partial shells were tested by varying the thickness of GFRP laminates. An assessment of the effectiveness of the existing models on confinement of concrete columns with FRP was made for present tests. Test results indicated significant increases in strength and deformability compared with those in unconfined concrete, particularly warp and full shell confinement. Existing predictive equations for peak strength and strain of confined concrete showed a large scatter and varied considerably, resulting from the realistic fracture strains of FRP nor considered.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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