This paper shows an optimal design for reinforced concrete rectangular combined footings based on a criterion of minimum cost. The classical design method for reinforced concrete rectangular combined footings is: First, a dimension is proposed that should comply with the allowable stresses (Minimum stress should be equal or greater than zero, and maximum stress must be equal or less than the allowable capacity withstand by the soil); subsequently, the effective depth is obtained due to the maximum moment and this effective depth is checked against the bending shear and the punching shear until, it complies with these conditions, and then the steel reinforcement is obtained, but this is not guaranteed that obtained cost is a minimum cost. A numerical experimentation shows the model capability to estimate the minimum cost design of the materials used for a rectangular combined footing that supports two columns under an axial load and moments in two directions at each column in accordance to the building code requirements for structural concrete and commentary (ACI 318S-14). Numerical experimentation is developed by modifying the values of the rectangular combined footing to from "d" (Effective depth), "b" (Short dimension), "a" (Greater dimension), "${\rho}_{P1}$" (Ratio of reinforcement steel under column 1), "${\rho}_{P2}$" (Ratio of reinforcement steel under column 2), "${\rho}_{yLB}$" (Ratio of longitudinal reinforcement steel in the bottom), "${\rho}_{yLT}$" (Ratio of longitudinal reinforcement steel at the top). Results show that the optimal design is more economical and more precise with respect to the classical design. Therefore, the optimal design presented in this paper should be used to obtain the minimum cost design for reinforced concrete rectangular combined footings.
This work presents a complete optimal model for trapezoidal combined footings that support a concentric load and moments around of the "X" and "Y" axes in each column to obtain the minimum area and the minimum cost. The model presented in this article considers a pressure diagram that has a linear variation (real pressure) and the equations are not limited to some cases. The classic model takes into account a concentric load and the moment around of the "X" axis (transverse axis) that is applied due to each column, i.e., the resultant force is located at the geometric center of the footing on the "Y" axis (longitudinal axis), and when the concentric load and moments around of the "X" and "Y" axes act on the footing is considered the uniform pressure applied on the contact surface of the footing, and it is the maximum pressure. Four numerical problems are presented to find the optimal design of a trapezoidal combined footing under a concentric load and moments around of the "X" and "Y" axes due to the columns: Case 1 not limited in the direction of the Y axis; Case 2 limited in the direction of the Y axis in column 1; Case 3 limited in the direction of the Y axis in column 2; Case 4 limited in the direction of the Y axis in columns 1 an 2. The complete optimal design in terms of cost optimization for the trapezoidal combined footings can be used for the rectangular combined footings considering the uniform width of the footing in the transversal direction, and also for different reinforced concrete design codes, simply by modifying the resisting capacity equations for moment, for bending shear, and for the punching shear, according to each of the codes.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.12
no.5
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pp.74-80
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2008
This paper evaluates seismic capacities of slab-column joints in flat plate system which has columns with various aspect ratio as experimental parameters. Continuous - bended shear reinforcements were applied for the prevention of punching shear failure in this study. The specimens of FIS1-05, FIS1-10, and FIS1-20 have the aspect ratio of 0.5, 1.0, and 2.0 respectively. Static lateral force was applied to the specimens in a horizontal direction and vertical load was applied by constant gravity load ratio. The test results were evaluated by lateral displacement and strength of slab-column joint. Consequently, the lateral resisting capacity of rectangular type column such as FIS1-05, FIS1-20 is superior to the square type column such as FIS1-10.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2000.04a
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pp.791-796
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2000
Purpose of this study is to analyze the characteristics and reinforcement effects of restored the RC bridge deck with small precast panel through static load tests and to provide the basic information for the damaged slab decks. In the tests for realizing movement of general RC bridge slabs, 6 samples are prepared and tested. All reinforced samples are restored with 1 or 2-layers precast panels by epoxy mortar. The movement of restored slabs is analyzed and compared with the behavior of non-restored slabs. In result of these tests, tension cracks due to bending moment are show, and after static load test there happens finally a punching shear failure, which is the general type of RC bridge failure. The tests show that restoration of the RC slab results in increasing of loading capacity about 30~50% an restoring panels are stick to slab and moving with slab under loading test.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.15
no.1
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pp.198-208
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2011
When a structure which has relatively low load constructs on soft clay, the bearing capacity of the ground will be improved by sand overlying clay. In this condition, verifying the bearing capacity is difficult from the P.B.T etcetera in the in-situ. So, it is needed to estimate precise bearing capacity in the design process. In this study, 2-dimensional chamber tests and FEM analyses are conducted to evaluate behavior of bearing capacity for shallow foundations on a sand overlying clay. Because depth ratio H/B and bearing capacity ratio $q_c/q_s$ are selected as main factors, height of a sand, undrained shear strength of a clay and width of a loading are designated as variables. Results from chamber tests are very similar with those of FEM analyses. And it shows that punching shear mechanism is more suitable than the equation of Okamura et al.(1998). To make continual application of load spread mechanism, the equivalent load spread angle is proposed for H/B and $q_c/q_s$. Also, the linear regression equation of critical depth ratio Hf is suggested for $q_c/q_s$.
The hollow modular concrete block reinforced foundation method is one of the ground reinforcement foundation methods that uses hexagonal honeycomb-shaped concrete blocks with mixed crushed rock to reinforce soft grounds. It then forms an artificial layered ground that increases bearing capacity and reduces settlement. The hollow modular honeycomb-shaped concrete block is a geometrically economical, stable structure that distributes forces in a balanced way. However, the behavioral characteristics of hollow modular concrete block reinforced foundations are not yet fully understood. In this study, a bearing capacity test is performed to analyze the reinforcement effectiveness of the hollow modular concrete block through the laboratory model tests. From the load-settlement curve, punching shear failure occurs under the unfilled sand condition (A-1-N). However, the filled sand condition (A-1-F) shows a linear curve without yielding, confirming the reinforcement effect is three times higher than that of unreinforced ground. The bearing capacity equation is proposed for the parts that have contact pressure under concrete, vertical stress of hollow blocks, and the inner skin friction force from horizontal stress by confining effect based on the schematic diagram of confining effect inside a hollow modular concrete block. As a result of calculating the bearing capacity, the percentage of load distribution for contact force on the area of concrete is about 65%, vertical force on the area of hollow is 16.5% and inner skin friction force of area of the inner wall is about 18.5%. When the surcharge load is applied to the concrete part, the vertical stress occurs on the area of the hollow part by confining effect first. Then, in the filled sand in the hollow where the horizontal direction is constrained, the inner skin friction force occurs by the horizontal stress on the inner wall of the hollow modular concrete block. The inner skin friction force suppresses the punching of the concrete part and reduces contact pressure.
In this study, centrifuge model tests with 50 g gravitational condition were performed to evaluate the bearing capacity of very soft ground, improved by spreading geotextile and sand on the surface of ground, for the heavy machinery to be able to access. For undrained shear strength of ground model, prepared with the clay sampled from the field, being in the range of 3.1~11.7 kPa, bearing capacity tests were performed with the model footing and the loading system built to simulate the heavy machinery on the ground model treated with geotextile and sand. Test results were compared with theoretically and numerically evaluated ones. Test results about load-settlement curves showed that the bearing capacity increases with the increase of the undrained shear strength of ground. Punching shear or local shear failure was also observed. For a relatively low undrained shear strength of ground, settlement behavior is found to be crucial to evaluating the trafficability of machinery whereas bearing capacity becomes a dominant factor with the increase of undrained shear strength of ground. The method for assessing the bearing capacity of the ground related to trafficability of machinery is presented by acquiring the regression relationship between the contact pressure of machinery and settlements using load-settlement curves with the change of the undrained shear strength. Furthermore, results of numerical analyses about load-settlement relation are in relatively good agreement with those of centrifuge model test.
Park, Young-Mi;HwangBo, Jin;Ryu, Jong-Hyuk;Han, Sang-Whan
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.11a
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pp.233-236
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2008
This study evaluates the seismic performance of post-tensioned(PT) flat plate frames with or without slab bottom reinforcement. For this purpose, 3 and 9 story PT flat plate frames designed only considering gravity loads. This study conducts a nonlinear static pushover analysis. This study use an analytical model which is able to represent punching shear failure and fracture mechanism. The analytical results showed that seismic performance of PT flat plate frame is strongly influenced by the existence of slab bottom reinforcement through column. By placing slab bottom reinforcement in PT flat plate frame, lateral strength and deformation capacity are significantly increased.
Girdling underpinning joints are key areas of concern for the pier-cutting bridge-lifting process. In this study, five specimens of an underpinning joint were prepared by varying the cross-sectional shape of the respective column, the process used to treat the beam-column interface (BCI), and the casting process. These specimens were subsequently analyzed through static failure tests. The BCI was found to be the weakest area of the joint, and the specimens containing a BCI underwent punching shear failure. The top of the girdling beam (GB) was subjected to a circumferential tensile force during slippage failure. Compared to the specimens with a smooth BCI, the specimens subjected to chiseling exhibited more pronounced circumferential compression at the BCI, which in turn considerably increased the shear capacity of the BCI and the ductility of the structure. The GB for the specimens containing a column with a circular cross-section exhibited better shear mechanical properties than the GB of other specimens. The BCI in specimens containing a column with a circular cross-section was more ductile during failure than that in specimens containing a column with a square cross-section.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.12
no.4
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pp.11-17
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2008
This study evaluates the seismic performance of post-tensioned flat plate structures with or without slab bottom reinforcement. For this purpose, 3 and 9 story frames were designed only considering gravity loads. This study conducts a nonlinear static pushover analysis. This study was an analytical model that is able to represent punching shear failure and fracture mechanism. The analytical results showed that the seismic performance of a post-tension flat plate is strongly influenced by the existence of slab bottom reinforcement through column. By placing slab bottom reinforcement in a PT flat plate frame, lateral strength and max drift capacity are significantly increased.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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