A novel spiral confined angle-steel reinforced concrete (SCARC) column was developed in this study. A total of 16 specimens were prepared and tested (eight of them were tested under axial loading, the other eight were tested under eccentric loading). The failure processes and load-displacement relationships of specimens under axial and eccentric loads were examined, respectively. The load-carrying capacity and ductility were evaluated by parametric analysis. A calculation approach was developed to predict the axial and eccentric load-carrying capacity of these novel columns. Results showed that the spiral reinforcement provided enough confinement in SCARC columns under axial and low eccentric loads, but was not effective in that under high eccentric loads. The axial load-carrying capacity and ductility of SCARC columns were improved significantly due to the satisfactory confinement from spirals. The outer reinforcement and other construction measures were necessary for SCARC columns to prevent premature spalling of the concrete cover. The proposed calculation approach provided a reliable prediction of the load-carrying capacity of SCARC columns.
This paper presents the results of an experimental study on the behavior of a new type of composite FRP-concrete-steel member subjected to bi-axial eccentric loading. This new type of composite member is in the form of concrete-filled square steel tube slender columns with inner CFRP (carbon fiber-reinforced polymer) circular tube, composed of an inner CFRP tube and an outer steel tube with concrete filled in the two tubes. Tests on twenty-six specimens of high strength concrete-filled square steel tube columns with inner CFRP circular tube columns (HCFST-CFRP) were carried out. The parameters changed in the experiments include the slenderness ratio, eccentric ratio, concrete strength, steel ratio and CFRP ratio. The experimental results showed that the failure mode of HCFST-CFRP was similar to that of HCFST, and the specimens failed by local buckling because of the increase of lateral deflection. The steel tube and the CFRP worked together well before failure under bi-axial eccentric loading. Ductility of HCFST-CFRP was better than that of HCFST. The ultimate bearing capacity of test specimen was calculated with simplified formula, which agreed well with test results, and the simplified formula can be used to calculate the bearing capacity of HCFSTF within the parameters of this test.
By considering the creep characteristics of concrete core under eccentric compression, a creep model of concrete filled steel tubes (CFT) columns under eccentric compressive loads is proposed based on the concrete creep model B3. In this proposed model, a discrete element method is introduced to transform the eccentric loading into axial loading. The validity of the model is verified by comparing the predicting results with the published creep experiments results on CFT specimens under compressive loading, together with the predicting values based on other concrete creep models, such as ACI209, CEB90, GL2000 and elastic continuation and plastic flow theory. By using the proposed model, a parameters study is carried out to analysis the effects of practical design parameters, such as concrete mix (e.g. water to cement ratio, aggregate to cement ratio), steel ratio and eccentricity ratio, on the creep of CFT columns under eccentric compressive loading.
This article describes experimental and numerical analyses of eccentrically loaded over the axially loaded circular concrete filled double-skinned steel tubular (CFDST) short columns. Tests on circular CFDST short columns under eccentric and concentric loading were conducted to assess their responses to the frequent intensity of 5-30 mm at the interval of each 5 mm eccentric loading conditions with constant cross-sectional proportions and width-to-thickness ratios of the outside and internal tubes. The non-linear finite-element analysis of circular CFDST short columns of eccentrically loaded over the axially loaded was performed using the ABAQUS to predict the structural behavior and compare the concentric loading capacity over the various eccentric loading conditions. The comparison outcomes show that the axial compressive strength of the circular CDFST short columns was 2.38-32.86%, lesser than the concentrically loaded short column with the inner circular section. Also, the influence of computer simulation employed is more efficient in forecasting the experimentally examined performance of circular CFDST stub columns.
Retrofitting of structures has gained importance over the recent years. Particularly, Reinforced Cement Concrete (RCC) column strengthening has become a challenge to the structural engineers, owing to the risks and complexities involved in it. There are several methods of RCC column strengthening viz. RCC jacketing, steel jacketing and Fiber Reinforced Polymer (FRP) wrapping etc., FRP wrapping is the most promising alternative when compared to the others. The large research database shows FRP wrapping, through lateral confinement, improves the axial load carrying capacity of the columns under concentric loading. However, its confining efficiency reduces under eccentric loading. Hence a relative newer technique called Near Surface Mounting (NSM), in which Carbon FRP (CFRP) strips are epoxy grouted to the precut grooves in the cover concrete of the columns, has been thrust domain of research. NSM technique strengthens the column nominally under concentric load case while significantly under eccentric case. A novel configuration of NSM in which the vertical NSM (VNSM) strips are being connected by horizontal NSM (HNSM) strips was numerically investigated under both concentric and eccentric loading. It was found that the configuration with 6 HNSM strips performed better under eccentric loading than under concentric loading, while the configuration with 3 HNSM strips performed better under concentric loading than under eccentric loading. Hence an optimum of 4 HNSM strips is recommended as strengthening measure for the given column specifications. It was also found that Aluminum alloy cannot be used instead of CFRP in NSM applications owing to its lower mechanical properties.
Rasheed, Hayder A.;El-Fattah, Ahmed M. Abd;Esmaeily, Asad;Jones, John P.;Hurst, Kenneth F.
Computers and Concrete
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제10권4호
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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.
An experimental study on the stress-strain relation of PVC-CFRP confined reinforced concrete columns subjected to eccentric compression was carried out. Two parameters, such as the CFRP strips spacing and eccentricity of axial load, were considered. The experimental results showed that all specimens failed by compressive yield of longitudinal steel bar and rupture of CFRP strips. The bearing capacity of specimen decreases as the eccentricity or the CFRP strips spacing increases. The stress-strain relation of specimens undergoes two stages: parabolic and linear stages. In the parabolic stage, the slope of stress-strain curve decreases gradually as the eccentricity of axial loading increases while the CFRP strips spacing has little effect on the slope of stress-strain curve. For the linear stage, the slope of stress-strain curve decreases as the eccentricity of axial load or the CFRP strips spacing increases. A model for predicting the stress-strain relation of columns under eccentric compression is proposed and it agrees well with various test data.
Recently, Concrete-filled double skin steel tubular (CFDST) columns have proven an exceptional structural resistance in terms of strength, stiffness, and ductility. However, the resistance of these column members can be severely affected by the type of loading in which bending stresses increase in direct proportion with axial load and eccentricity value. This paper presents a non-linear finite element based modeling approach that studies the behavior of slender CFDST columns under biaxial loading. Finite element models were calibrated based on the outcomes of experimental work done by other researchers. Results from simulations of slender CFDST columns under axial loading eccentric in one direction showed good agreement with the experimental response. The calibrated models are expanded to a total of thirty models that studies the behavior of slender CFDST columns under combined compression and biaxial bending. The influences of parameters that are usually found in practice are taken into consideration in this paper, namely, eccentricity-to-diameter (e/D) ratios, slenderness ratios, diameter-to-thickness (D/t) ratios, and steel contribution ratios. Finally, an analytical study based on current code provisions is conducted. It is concluded that South African national standards (2011) provided the most accurate results contrasted with the Eurocode 4 (2004) and American Institute of Steel Construction (2016) that are found to be conservative. Accordingly, correction factors are proposed to the current design guidelines to provide more satisfactory results.
Hollow reinforced concrete columns confined with GFRP tubes (GRCH) are composite members composed of the outer GFRP tube, the PVC or other plastic tube as the inner tube, and the reinforced concrete between two tubes. Because of their high ductility, light weight, corrosion resistance and convenient construction, many researchers pay attention to the composite members. However, there are few studies on GRCH members under eccentric compression compared with those under axial compression. Eight hollow columns were tested under eccentric compression, including one axial compression column and seven eccentric compression columns. The failure modes and force mechanisms of GRCH members were analyzed, considering the varying in hollow ratio, reinforcement ratio and eccentricity. The test results showed that configuring steel bars can greatly increase the bearing capacity and ductility of the members. Each component (GFRP tube, concrete, steel bar) had good deformation coordination and the strength of each material could be fully utilized. But for specimens with larger eccentricity ratio (er=0.4) and larger hollow ratio (χ=0.55), the restraining effect of GFRP tube on concrete was significantly decreased.
The differential settlements and rotations among footings cannot be avoided when the frame-footing-soil system is subjected to seismic/dynamic loading. Also, there may be a situation where column(s) of a building are located near adjoining property line causes eccentric loading on foundation system. The strap beams may be provided to control the rotation of the footings within permissible limits caused due to such eccentric loading. In the present work, the seismic interaction analysis of a three-bay three-storey, space frame-footing-strap beam-soil system is carried out to investigate the interaction behavior using finite element software (ANSYS). The RCC structure and their foundation are assumed to behave in linear manner while the supporting soil mass is treated as nonlinear elastic material. The seismic interaction analyses of space frame-isolated footing-soil and space frame-strap footing-soil systems are carried out to evaluate the forces in the columns. The results indicate that the bending moments of very high magnitude are induced at column bases resting on eccentric footing of frame-isolated footing-soil interaction system. However, use of strap beams controls these moments quite effectively. The soil-structure interaction effect causes significant redistribution of column forces compared to non-interaction analysis. The axial forces in the columns are distributed more uniformly when the interaction effects are considered in the analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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