This paper presents a study on the flexural ductility of reinforced concrete beams, 16beams with different concrete strength, reinforcement ratio, reinfo- rcement strength. For the purpose of inducing flexural failure, the reinforce ratio ($\rho$-$\rho$') was made not to be more than $0.75\rho$b in accordance with ACi code 318-89. From the test results, it is found that in case of a concrete strength increased from 240 to 650kg/$\textrm{cm}^2$, the displacement and curvature ductility factore are increased by about 31-231 percents. And also increased in case of increased from 650 to 900kg/$\textrm{cm}^2$, but the increasing ratio is gradually decreasing accoding to a concrete strength increases. And also found that as the Double Re-bar Ratio (($\rho$-$\rho$')/$\rho$b) increases, so the displacement and curvature ductility ratio would decrease, but in case of increased from 650 to /$900kg\textrm{cm}^2$ the decreasing ration is bigger than in case of increased from 240 to $650kg/\textrm{cm}^2$.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.35
no.2
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pp.287-297
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2015
In concrete structural design provisons, there is a minimum allowable strain of steel to ensure a ductility of RC members and a c/d is limited for the same purpose in EC2. In general, a ductility capacity of RC members is evaluated by a displacement ductility which is a ratio of ultimate displacement to yield displacement, and it is necessary to calculate accurately a yield displacement and an ultimate displacement to evaluate a displacement ductility. But a displacement in members is affected by various member characteristics, so it is hard to calculate a displacement exactly. In this study, a displacement ductility is calculated by calculating a yield displacement and an ultimate displacement through a moment-curvature relationship. The main variables examined are concrete strength, yield strength, steel ratio, spacing of confinement, axial force ratio and concrete ultimate strain. As results, as a concrete strength is increased, a ductility displacement is increased. But as yield strength, steel ratio, spacing of confinement and axial force ratio are increased, a displacement ductility is decreased. And a displacement ductility is necessary to calculate a response modification factor (R) of columns for seismic design, so it is appeared that it is important to calculate a displacement ductility more accurately.
In this paper, a numerical simulation study was conducted on the seismic behavior and ductility demand of single-degree-of-freedom (SDOF) systems with partially self-centering hysteresis. Unlike fully self-centering systems, partially self-centering systems display noticeable residual displacement after unloading is completed. Such partially self-centering behavior has been observed in a number of recently researched self-centering structural systems with energy dissipation devices. It is thus of interest to examine the seismic performance such as ductility demand of partially self-centering systems. In this study, a modified flag-shaped hysteresis model with residual displacement is proposed to represent the hysteretic behavior of partially self-centering structural systems. A parametric study considering the effect of variations in post-yield stiffness ratio, energy dissipation coefficient, and residual displacement ratio on the displacement ductility demand of partially self-centering systems was conducted using a suite of 192 scaled ground motions. The results of this parametric study reveal that increasing the post-yield stiffness, energy dissipation coefficient or residual displacement ratio of the partially self-centering systems generally leads to reduced ductility demand, especially for systems with lower yield strength.
Nine rectangular-section of High Strength Concrete(HSC) beams were designed and casted based on the American Concrete Institute (ACI) code provisons with varying of tensile reinforcement ratio as (${\rho}_{min}$, $0.2_{{\rho}b}$, $0.3_{{\rho}b}$, $0.4_{{\rho}b}$, $0.5_{{\rho}b}$, $0.75_{{\rho}b}$, $0.85_{{\rho}b}$, $_{{\rho}b}$, $1.2_{{\rho}b}$). Steel and concrete strains and deflections were measured at different points of the beam's length for every incremental load up to failure. The ductility ratios were calculated and the moment-curvature and load-deflection curves were drawn. The results showed that the ductility ratio reduced to less than 2 when the tensile reinforcement ratio increased to $0.5_{{\rho}b}$. Comparison of the theoretical ductility coefficient from CSA94, NZS95 and ACI with the experimental ones shows that the three mentioned codes exhibit conservative values for low reinforced HSC beams. For over-reinforced HSC beams, only the CSA94 provision is more valid. ACI bending provision is 10 percent conservative for assessing of ultimate bending moment in low-reinforced HSC section while its results are valid for over-reinforced HSC sections. The ACI code provision is non-conservative for the modulus of rupture and needs to be reviewed.
The complete moment-curvature curves of doubly reinforced concrete beams made of normal- or high-strength concrete have been evaluated using a newly developed analytical method that takes into account the stress-path dependence of the constitutive properties of the materials. From the moment-curvature curves and the strain distribution results obtained, the post-peak behavior and flexural ductility of doubly reinforced normal- and high-strength concrete beam sections are studied. It is found that the major factors affecting the flexural ductility of reinforced concrete beam sections are the tension steel ratio, compression steel ratio and concrete grade. Generally, the flexural ductility decreases as the amount of tension reinforcement increases, but increases as the amount of compression reinforcement increases. However, the effect of the concrete grade on flexural ductility is fairly complicated, as will be explained in the paper. Quantitative analysis of such effects has been carried out and a formula for direct evaluation of the flexural ductility of doubly reinforced concrete sections developed. The formula should be useful for the ductility design of doubly reinforced normal- and high-strength concrete beams.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2005.03a
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pp.345-352
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2005
The purpose of this study is to analyze the stress-strain behavior of confined concrete columns with rectangular section. Uniaxial concentric loading tests of nineteen concrete columns with rectangular section ($150{\times}100$, $250{\times}100$, $350{\times}100\;mm$) were conducted. The main variables are transverse reinforcement volumetric ratio and spacing, cross tie arrangement, cross-section aspect ratio, and concrete strength. From the present experiments, it was found that the increase of transverse reinforcement ratio increases the maximum stress and ductility ratio and the reduction of the spacing of transverse reinforcement also increases the ductility and effective confinement. The increase of the aspect ratio of the cross-section does not influence much the stress-strain behavior of rectangular columns within the aspect ratio range of 3.5. The effect of concrete strength on ductility is also discussed.
Experimental results of 39 specimens including concrete columns, RC columns, hollow steel tube columns, concrete filled steel tubular (CFT) columns, and reinforced concrete filled steel tubular (RCFT) columns are presented. Based on the experimental results, the load-carrying capacity, confined effect, ductility, and failure mode of test columns are investigated. The effects of the main factors such as width-thickness ratio (the ratio of external diameter and wall thickness for steel tubes), concrete strength, steel tube with or without rib, and arrangement of reinforcing bars on the mechanical characteristics of columns are discussed as well. The differences between CFT and RCFT are compared. As a result, it is thought that strength, rigidity and ductility of RCFT are improved; especially strength and ductility are improved after the peak of load-displacement curve.
This paper presents some quasi-static tests for 4 mixed columns composed of CFST column and RC column. The seismic performance and failure mode were studied under low-cyclic revised loading. The failure mode was observed under different axial compression ratios. The hysteretic curve and skeleton curve were obtained. The effects of axial compression ratio on yield mechanism, displacement ductility, energy dissipation, stiffness and strength attenuation were analyzed. The results indicate that the failure behavior of CFST-RC mixed column with archaized style is mainly caused by bending failure and accompanied by some shear failure. The axial compression ratio performs a control function on the yielding order of the upper and lower columns. The yielding mechanism has a great influence on the ductility and energy dissipation capacity of specimens. Based on the experiment, finite element analysis was made to further research the seismic performance by ABAQUS software. The variable parameters were stiffness ratio of upper and lower columns, axial compression ratio, yielding strength of steel tube, concrete strength and rebar ratio. The simulation results show that with the increase of stiffness ratio of the upper and lower columns, the bearing capacity and ductility of specimens can correspondingly increase. As the axial compression ratio increases, the ductility of the specimen decreases gradually. The other three parameters both have positive effect on the bearing capacity but have negative effect on the ductility. The results can provide reference for the design and engineering application of mixed column consisted of CFST-RC in Chinese archaized buildings.
Han Taek Hee;Kim Sung Nam;Kang Young Jong;Jung Doo-Suk
Proceedings of the KSR Conference
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2005.05a
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pp.712-717
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2005
When the weight if a concrete member makes problems, or when the cost of the concrete is relatively high, it may be economical to use a hollow concrete member. But a hollow R.C column may have poor ductility because of the brittle failure at the inner face of the hollow R.C column. This brittle failure results from the absence of the confinement at the inner face of the hollow R.C column. To avoid this brittle failure an internally confined hollow R.C column by a steel tube was developed before. In this study, a hollow R.C column is internally confined by a corrugated steel tube instead of a general flat steel tube. And a column ductility is performed. Test results show that the energy ductility ratio of a internally confined hollow R.C column by a by a corrugated steel tube corresponds to $80\%$ of the energy ductility ratio of a general solid R.C column.
Seismic performance of coupling beams not designed for ductility is examined. Eight 1:4 scale coupling beam specimens, with seven reinforced concrete sections and one composite section, were tested under cycles of push-pull action. Characteristics of the specimens include moderate shear span ratio in the range of 2.5-3.5, high main reinforcement ratio at 3-4% and small to large stirrup spacing with 90- degree hooks. All the reinforced concrete specimens failed in a brittle manner. Displacement ductility of specimens with large stirrup spacing (${\geq}$140 mm) is in the range of 3 to 5. Seismic performance of the specimens is also examined using the ultimate drift angle and the amount of energy dissipated. Correlating the test data, an empirical relationship is proposed to estimate the ultimate drift angle of a class of coupling beams considered in the study not designed for ductility.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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