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.
Kim, Chang-Soo;Gong, Yu;Zhang, Xin;Hwang, Hyeon-Jong
Advances in concrete construction
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v.9
no.3
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pp.289-299
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2020
To investigate the long-term behavior of eccentrically loaded RC columns, which are more realistic in practice than concentrically loaded RC columns, long-term eccentric loading tests were conducted for 10 RC columns. Test parameters included concrete compressive strength, reinforcement ratio, bar yield strength, eccentricity ratio, slenderness ratio, and loading pattern. Test results showed that the strain and curvature of the columns increased with time, and concrete forces were gradually transferred to longitudinal bars due to the creep and shrinkage of concrete. The long-term behavior of the columns varied with the test parameters, and long-term effects were more pronounced in the case of using the lower strength concrete, lower strength steel, lower bar ratio, fewer loading-step, higher eccentricity ratio, and higher slenderness ratio. However, in all the columns, no longitudinal bars were yielded under service loads at the final measuring day. Meanwhile, the numerical analysis modeling using the ultimate creep coefficient and ultimate shrinkage strain measured from cylinder tests gave quite good predictions for the behavior of the columns.
In this study, the size effect in flexural and shear behaviors of reinforced concrete beams with stirrup has been studied. The specimens of different size with same longitudinal reinforcement ratio are tested. The major variables of test include the size(relative depth) of the members as well as the longitudinal reinforcement ratios. The nominal resistances in flexure and shear are obtained for various sizes and steel ratios. It is found from the present study that the size effect is also very pronounced for the flexural resistance in reinforced concrete structures. The prediction formulas for the size effect of reinforced concrete beams in flexure and shear are proposed. The proposed equations agree relatively well with experimental data. The present study will provide useful bases for more accurate analysis and design of reinforced concrete structures.
This paper presents Neuro-Fuzzy (NF) based empirical modelling of torsional strength of RC beams for the first time in literature. The proposed model is based on fuzzy rules. The experimental database used for NF modelling is collected from the literature consisting of 76 RC beam tests. The input variables in the developed rule based on NF model are cross-sectional area of beams, dimensions of closed stirrups, spacing of stirrups, cross-sectional area of one-leg of closed stirrup, yield strength of stirrup and longitudinal reinforcement, steel ratio of stirrups, steel ratio of longitudinal reinforcement and concrete compressive strength. According to the selected variables, the formulated NFs were trained by using 60 of the 76 sample beams. Then, the method was tested with the other 16 sample beams. The accuracy rates were found to be about 96% for total set. The performance of accuracy of proposed NF model is furthermore compared with existing design codes by using the same database and found to be by far more accurate. The use of NF provided an alternative way for estimating the torsional strength of RC beams. The outcomes of this study are quite satisfactory which may serve NF approach to be widely used in further applications in the field of reinforced concrete structures.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.2
no.2
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pp.32-40
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2000
This paper presents the results of a parametric study on the behavior of tunnel face reinforced with horizontal pipes. A series of reduced-scale model tests was carried out to in an attempt to verify previously performed three-dimensional numerical modeling and to investigate effects of reinforcement layout on the tunnel face deformation behavior. The results of model tests indicate that the tunnel face deformation can significantly reduced by pre-reinforcing the tunnel face with longitudinal members and thus enhancing the tunnel stability. In addition, the model tests results compare fairly well with those from the previously performed three-dimensional finite element analysis. Therefore, a properly calibrated three dimensional model may effectively be used in the study of tunnel face reinforcing technique.
In this paper, a model for the evaluation of shear strength of fibre reinforced polymer (FRP)-reinforced concrete beams is given. The survey of literature indicates that the FRP reinforced beams tested with shear span to depth ratio less than or equal to 1.0 is limited. In this study, eight concrete beams reinforced with GFRP rebars without stirrups are cast and tested over shear span to depth ratio of 0.5 and 1.75. The concrete compressive strength is varied from 40.6 to 65.3 MPa. The longitudinal reinforcement ratio is varied from 1.16 to 1.75. The experimental shear strength and load-deflection response of the beams are determined and reported in this paper. A model is proposed for the prediction of shear strength of beams reinforced with FRP bars. The proposed model accounts for compressive strength of concrete, modulus of FRP rebar, longitudinal reinforcement ratio, shear span to depth ratio and size effect of beams. The shear strength of FRP reinforced concrete beams predicted using the proposed model is found to be in better agreement with the corresponding test data when compared with the shear strength predicted using the eleven models published in the literature. Design example of FRP reinforced concrete beam is also given in the appendix.
Kosmidou, Parthena-Maria K.;Chalioris, Constantin E.;Karayannis, Chris G.
Computers and Concrete
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v.22
no.6
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pp.573-592
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2018
An analytical methodology for the calculation of the flexural and the shear capacity of concrete members with Fibre-Reinforced-Polymer (FRP) bars as tensional reinforcement is proposed. The flexural analysis is initially based on the design provisions of ACI 440.1R-15 which have properly been modified to develop general charts that simplify computations and provide hand calculations. The specially developed charts include non-dimensional variables and can easily be applied in sections with various geometrical properties, concrete grade and FRP properties. The proposed shear model combines three theoretical considerations to facilitate calculations. A unified flexural/shear approach is developed in flow chart which can be used to estimate the ultimate strength and the expected failure mode of a concrete beam reinforced with longitudinal FRP bars, with or without transverse reinforcement. The proposed methodology is verified using existing experimental data of 138 beams from the literature, and it predicts the load-bearing capacity and the failure mode with satisfactory accuracy.
Recent research has indicated that the current ACI shear provision provides unconservative predictions for large slender beams and beams with low level of longitudinal reinforcement, and conservative results for deep beams. To modify some problems of ACI shear provision, ultimate shear strength equation considering size effect and arch action to compute shear strength in high-strength concrete beams without stirrups is presented in this research. Three basic equations, namely size reduction factor, rho factor, and arch action factor, are derived from crack band model of fracture mechanics, analysis of previous some shear equations for longitudinal reinforcement ratio, and concrete strut described as linear prism in strut-tie model deep beams. Constants of basic equations are determined using statistical analysis of previous shear testing data. To verify proposed shear equation for each variable, effective depth, longitudinal reinforcement ratio, concrete compressive strength and shear span-to-depth ratio, about 300 experimental data are used and proposed shear equation is compared with ACI 318-99 code, CEB-FIP Model code, Kim &Park's equation and Zsutty's equation. The proposed shear equation is not only simpler than other shear equations, it is but also shown to be economical predictions and reasonable safety margin. Hence proposed shear strength equation is expected to be applied to practical shear design.
The objective of this paper is to look into the possibility of the detailed and practical optimum design of rt:inforced concrete beam using methods oi discrete mathematical programming.
In this discrete optimum formulation, the design variables are the overall depth, width and effective depth of members, and area of longitudinal reinforcement. In addition, the details such as the amount of web reinforcement and cutoff points of longitudinal reinforcement are also considered as variables. Total cost has been used as the objective function. The constraints include the code requirments such as flexural strength, shear strength, ductility, serviceability, concrete cover. spacing, web reinforcement, and development length and cutoff points of longitudinal renforcement.
An optimization algorithm is presented for effective optimum design of R.C. beam with discrete de sign variables. First, the continuous variable optimization can be achieved by Feasible Direction Method. Using the results obtained from the continuous variable optimization, a branch and bound method is used to obtained the discrete design values.
The proposed algorithm is applied to test problem for reliability, and the results are compared with those of graphical method and rounded-up method. And a simply supported R.C. beam and a two-span continuous R.C. beam are presented as numerical examples for effectiveness and applicability.
It is considered that the presented algorithm can be effectively applied to the discrete optimum design of R.C. beams.
Park Chang-Kyu;Chung Young-Soo;Ko Seong-Hyun;Lee Jae-Hoon
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.16
no.5
s.83
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pp.687-696
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2004
It has been known that practically unavoidable lap splices of longitudinal reinforcement in the plastic hinge region have a bad effect on the seismic performance of reinforced concrete bridge columns. Lap splices were usually located in the plastic hinge region of most bridge columns designed before the implementation of the new seismic design provisions of 1992 Korea Bridge Design specification. The objective of this research is to evaluate the seismic performance of full-sized reinforced concrete bridge piers with lap splice of longitudinal reinforcement in the plastic hinge region, and to develop an appropriate lateral confinement concept of RC bridge columns with lap-spliced longitudinal steels in low or moderate seismicity region. Eight test specimens in the aspect ratio of 4.0 were made with three types of lap splicing, two levels of confinement steel ratios and two types of tie configurations. It was confirmed from the Quasi-Static test that displacement ductility ratios were significantly reduced for nonseismic test columns with lap spliced longitudinal steels but were satisfied the seismic requirement for limited ductile design specimens. As a conclusion, pertinent lateral confinement content was proposed for the seismic. performance of RC bridge piers with $50\%$ lap-spliced longitudinal reinforcing steels in low or moderate seismicity region.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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