An improved unbonded-type column strengthening procedure using wire rope and T-shaped steel plate units was proposed. Eight strengthened columns and an unstrengthened control column were tested under concentric axial load. The main variables considered were the volume ratio of wire rope and the flange width and configuration of T-shaped steel plates. Axial load capacity and ductility ratio of columns tested were compared with predictions obtained from the equation specified in ACI 318-05 and those of conventionally tied columns tested by Chung et al., respectively. In addition, a mathematical model was proposed to evaluate the complete stress-strain relationship of concrete confined by the wire rope and T-plate units. Test results showed that the axial load capacity and ductility of columns increased with the increase of the volume ratio of wire rope and the flange width of T-plates. In particular, at the same lateral reinforcement index, a much higher ductility ratio was observed in the strengthened columns having the volume ratio of wire rope above 0.0039 than in the tied columns. A mathematical model for the stress-strain relationship of confined concrete using the proposed strengthening procedure is developed. The predicted stress-strain curves were in good agreement with test results.
With deterioration of the nation's infrastructure comes the growing, need for effective means of rehabilitating structures. Possibly one for the most challenging tasks is to upgrade the overall capacity of concrete structure. Therefore, considerable efforts are still being made to develop new construction materials. Rehabilitation of damaged RC structures occasionally requires the removal and replacement of concrete in the tension zone of the structural members. Typical situation where the tension zone repair is necessary is when the concrete in the tension zone in beams or slabs has spalled off as a result of corrosion in the bottom reinforcing bars or due to extensive fire. The rehabilitation of such conditions normally involves the removal of the concrete beyond the reinforcement bars, cleaning or replacing the tensile bars and reinstatement of concrete to cover the steel bars the original shape and size. This study focused on the flexural behavior of reinforced concrete beams strengthened by steel strand and carbon fiber sheet in the tension zone. The properties of beams are 15$\times$25 cm rectangular and over a 200cm span. Test parameters in this experimental study were strengthening methods, jacking volume, the number of sheet. We investigated the flexural behavior of simply supported RC beams which are strengthened with the carbon fiber sheet, monotonic loads. Attention is concentrated upon overall bending capacity, deflection, ductility index, failure mode and crack development of repaired and rehabilitated beams.
To investigate and evaluate the seismic damage behaviors of steel reinforced recycled concrete (SRRC) filled circular steel tube composite columns, in this study, the cyclic loading tests of 11 composite columns was carried out by using the load-displacement joint control method. The seismic damage process, hysteretic curves and performance indexes of composite columns were observed and obtained. The effects of replacement rates of recycled coarse aggregate (RCA), diameter thickness ratio, axial compression ratio, profile steel ratio and section form of profile steel on the seismic damage behaviors of composite columns were also analyzed in detail. The results show that the failure model of columns is a typical bending failure under the combined action of horizontal loads and vertical loads, and the columns have good energy dissipation capacity and ductility. In addition, the replacement rates of RCA have a certain adverse effect on the seismic bearing capacity, energy consumption and ductility of columns. The seismic damage characteristics of composite columns are revealed according to the failure modes and hysteretic curves. A modified Park-Ang seismic damage model based on the maximum displacement and cumulative energy consumption was proposed, which can consider the adverse effect of RAC on the seismic damage of columns. On this basis, the performance levels of composite columns are divided into five categories, The interlayer displacement angle and damage index are used as the damage quantitative indicators of composite columns, and the displacement angle limits of composite columns at different performance levels under 80% assurance rate are calculated as 1/105, 1/85, 1/65, 1/28, and 1/25 respectively. On this basis, the damage index limits corresponding to each performance level are calculated as 0.045, 0.1, 0.48, 0.8, and 1.0 respectively. Finally, the corresponding relations among the performance levels, damage degrees, interlayer displacement angles and damage indexes of composite columns are established. The conclusions can provide reference for the seismic design of SRRC filled circular steel tube composite columns, it fills the vacancy in the research on seismic damage of steel reinforced recycled concrete (SRRC) filled circular steel tube composite columns.
The present paper summarizes the results of an experimental program on the influence of using waste lathe scraps in the concrete mixture on the shear behavior of RC beams with different amounts of shear reinforcement. Three different volumetric ratios (1, 2 and %3) for the scraps and three different stirrup spacings (160, 200 and 270 mm) were adopted in the tests. The shear span-to-depth ratios of the beams were 2.67 and the stirrup spacing exceeded the maximum spacing limit in the building codes to unfold the contribution of lathe scraps to the shear resistances of shear-deficient beams, subject to shear-dominated failure (shear-tension). The experiments depicted that the lathe scraps have a pronounced contribution to the shear strength and load-deflection behavior of RC beams with widely-spaced stirrups. Namely, with the addition of 1%, 2% and 3% waste lathe scraps, the load-bearing capacity escalated by 9.1%, 21.8% and 32.8%, respectively, compared to the reference beam. On the other hand, the contribution of the lathe scraps to the load capacity decreases with decreasing stirrup spacing, since the closely-spaced stirrups bear the shear stresses and render the contribution of the scraps to shear resistance insignificant. The load capacity, deformation ductility index (DDI) and modulus of toughness (MOT) values of the beams were shown to increase with the volumetric fraction of scraps if the stirrups are spaced at about two times the beam depth. For the specimens with a stirrup spacing of about the beam depth, the scraps were found to have no considerable contribution to the load capacity and the deformation capacity beyond the ultimate load. In other words, for lathe scrap contents of 1-3%, the DDI values increased by 5-23% and the MOT values by 63.5-165% with respect to the reference beam with a stirrup spacing of 270 mm. The influence of the lathe scraps to the DDI and MOT values were rather limited and even sometimes negative for the stirrup spacing values of 160 and 200 mm.
The test results from three one fourth scale models using high strength Reinforced Concrete $f_x=704\;kg/cm^2,\;f_y=5.830\;kg/cm^2$ are presented. Such specimens are considered to represent the critical 3 storics of 60-story tall building of a structural wall system in area of high seismicity respectively. They are tested under inplane vertical and horizontal loading. The main varlable is the level of axial stress. The amounts of vertical and horizontal reinforcement are identical for the three walls testcd. The cross-section of all walls is barbell shape. The aspectratio($h_w/I_w$) of test specimen is 1.8. The aim of the study is to investigate the effects of levels of applied axial stresses on the inelastic behavior of high-strength R /C tall walls. Experimental results of high strength R /C tall walls subjected to axial load and simulated sels rnic loading show that it is possible to insure a ductlle dominant performance by promotmg flex ural yielding of vertical reinforcement and that axial stresses within $O.21f_x$ causes an increase in horizontal load-carrying capacity, initial secant st~ffness characteristics, but an decrease in displacement ductility. energy dissipation index and work damage index of high strength K /C tall walls
Low cyclic loading tests are conducted on the steel reinforced recycled concrete (SRRC) column-steel (S) beam composite frame joints. This research aims to evaluate the earthquake damage performance of composite frame joints by performing cyclic loading tests on eight specimens. The experimental failure process and failure modes, load-displacement hysteresis curves, characteristic loads and displacements, and ductility of the composite frame joints are presented and analyzed, which shows that the composite frame joints demonstrate good seismic performance. On the basis of this finding, seismic damage performance is examined by using the maximum displacement, energy absorbed in the hysteresis loops and Park-Ang model. However, the result of this analysis is inconsistent with the test failure process. Therefore, this paper proposes a modified Park-Ang seismic damage model that is based on maximum deformation and cumulative energy dissipation, and corrected by combination coefficient ${\alpha}$. Meanwhile, the effects of recycled coarse aggregate (RCA) replacement percentage and axial compression ratio on the seismic damage performance are analyzed comprehensively. Moreover, lateral displacement angle is used as the quantification index of the seismic performance level of joints. Considering the experimental study, the seismic performance level of composite frame joints is divided into five classes of normal use, temporary use, repair after use, life safety and collapse prevention. On this basis, the corresponding relationships among seismic damage degrees, seismic performance level and quantitative index are also established in this paper. The conclusions can provide a reference for the seismic performance design of composite frame joints.
Steel-concrete composite walls have been proposed and developed for applications in various types of structures. The double-skin profiled composite walls, as a natural development of composite flooring, provide structural and architectural merits. However, adequate intermediate fasteners between profiled steel plates and concrete core are required to fully mobilize the composite action and to improve the structural behavior of the wall. In this research, two new types of fasteners (i.e., threaded rods and vertical plates) were proposed and three specimens with different fastener types or fastener arrangements were tested under axial compression. The experimental results were evaluated in terms of failure modes, axial load versus axial displacement response, strength index, ductility index, and load-strain relationship. It was found that specimen with symmetrically arranged thread rods sustained more stable axial strain than that with staggered arranged threaded rods. Meanwhile, vertical plates are more suitable for practical use since they provide stronger confinement to profiled steel plate and effectively prevent the steel plate from early local buckling, which eventually enhance the composite action and increase the axial compressive capacity of the wall. The calculation methods were then proposed and good agreement was observed between the test results and the predicted results.
This article presents a comparative analysis of seismic behavior in steel-beam reinforced concrete column (RCS) frames versus steel and reinforced concrete frames. The study evaluates the seismic response and collapse behavior of RCS frames of varying heights through nonlinear modeling. RCS, steel, and reinforced concrete special moment frames are considered in three height categories: 5, 10, and 20 stories. Two-dimensional frames are extracted from the three-dimensional structures, and nonlinear static analyses are conducted in the OpenSEES software to evaluate seismic response in post-yield regions. Incremental dynamic analysis is then performed on models, and collapse conditions are compared using fragility curves. Research findings indicate that the seismic intensity index in steel frames is 1.35 times greater than in RCS frames and 1.14 times greater than in reinforced concrete frames. As the number of stories increases, RCS frames exhibit more favorable collapse behavior compared to reinforced concrete frames. RCS frames demonstrate stable behavior and maintain capacity at high displacement levels, with uniform drift curves and lower damage levels compared to steel and reinforced concrete frames. Steel frames show superior strength and ductility, particularly in taller structures. RCS frames outperform reinforced concrete frames, displaying improved collapse behavior and higher capacity. Incremental Dynamic Analysis results confirm satisfactory collapse capacity for RCS frames. Steel frames collapse at higher intensity levels but perform better overall. RCS frames have a higher collapse capacity than reinforced concrete frames. Fragility curves show a lower likelihood of collapse for steel structures, while RCS frames perform better with an increase in the number of stories.
Micromechanical facture models can be used to predict ductile fracture in steel structures. In order to calibrate the parameters in the micromechanical models for the largely used Q345 steel in China, uniaxial tensile tests, smooth notched tensile tests, cyclic notched bar tests, scanning electron microscope tests and finite element analyses were conducted in this paper. The test specimens were made from base metal, deposit metal and heat affected zone of Q345 steel to investigate crack initiation in welded steel connections. The calibrated parameters for the three different locations of Q345 steel were compared with that of the other seven varieties of structural steels. It indicates that the toughness index parameters in the stress modified critical strain (SMCS) model and the void growth model (VGM) are connected with ductility of the material but have no correlation with the yield strength, ultimate strength or the ratio of ultimate strength to yield strength. While the damage degraded parameters in the degraded significant plastic strain (DSPS) model and the cyclic void growth model (CVGM) and the characteristic length parameter are irrelevant with any properties of the material. The results of this paper can be applied to predict ductile fracture in welded steel connections.
This paper is focused on fractal analysis of the surface cracking, a new tool for safety evaluation of corroded reinforced concrete (RC) beams. Comprehensive experimental investigations, including flexural tests, coupon tests on strength evaluation of corroded concrete and rusty rebar, and pullout tests to determine bond strength between concrete and rebar were carried out on nine Corroded Reinforced Concrete Beams (CRCB) exposed to an aggressive environment for more than 10 years. In combination with test results from a previous study on CRCBs fabricated in the laboratory from accelerated methods, it is found that, for both types of beams, the surface cracking distributions are fractal in character at loading and failure stages. Fractal dimension is calculated for all specimens at different corrosion states based on fractal analysis method. Relationships between the fractal dimension and mechanical properties of corroded concrete, rebar corrosion ratio, and ductility of CRCBs are discussed in detail. It is concluded that the fractal dimension can act as a damage index and can be efficiently used to describe the corrosion state of CRCBs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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