철근콘크리트 적층 쉘 요소에 압력 증분을 추가 자유도로 갖는 압력 절점을 추가하여 쉘 구조물의 체적 제어를 통해 비선형해석을 하는 체적제어법은 기존의 유한요소해석 기법인 하중제어법과 변위제어법이 갖는 한계를 극복하기 위해 개발된 방법이다. 본 연구에서는 개선된 체적제어법을 통해 다양한 하중을 받는 철근콘크리트 중공형 기둥 구조물의 경로의존적 거동을 효과적으로 분석하기 위해 역반복하중을 받는 철근콘크리트 중공형 기둥 구조물과 횡하중과 축력을 동시에 받는 철근콘크리트 중공형 기둥 구조물 등에 대한 비선형해석을 수행하였으며, 실험 결과 및 해석 결과와의 비교를 통해 유한요소해석 기법으로서의 체적제어법의 적용성 및 타당성을 입증하였다.
RC 고층건물에서 발생하는 기둥축소의 예측 오차를 최소화하기 위하여 계측결과를 이용한 해석보정에 대한 변수연구가 수행되었다. 해석보정의 변수는 해석보정 시행기준, 해석보정 값, 계측 위치이며, 변수에 따른 해석보정 모델을 41층 규모의 RC 건물의 시공단계해석에서 적용하여 변수에 따른 보정 효과를 비교·분석하였다. 보정 횟수와 전체 보정량에 따른 층별 오차 값의 감소율을 비교하였으며, 해석보정의 시행기준은 일정한 간격을 기준으로 해석보정 할 경우, 해석보정 값은 오차 값만큼 보정할 경우, 계측 위치는 매 층 계측이 될 경우에 오차가 최소화되는 경향을 확인하였다. 이로부터 실제 해석 모델에 대하여 여러 해석보정 모델을 적용함으로써 가장 적합한 해석보정 모델을 도출할 수 있음을 확인하였다.
When designing reinforced concrete (RC) members, the rebar is assumed to resist all tensile forces, but the resistance of the concrete in the tension area is neglected. However, concrete can also resist tensile forces and increase the tensile stiffness of RC members, which is called the tension stiffening effect (TSE). Therefore, this study assessed the TSE, particularly after yielding of the steel bars and the effects of the steel ratio on the TSE. For this purpose, RC member specimens with steel ratios of 2.87%, 0.99%, and 0.59% were fabricated for uniaxial tensile tests. A vision-based non-contact measurement system was used to measure the behavior of the specimens. The cracks on the specimen at the stabilized cracking stage and the fracture stage were measured with the image analysis method. The results show that the number of cracks increases as the steel ratio increases. The reductions of the limit state and fracture strains were dependent on the ratio of the rebar. As the steel ratio decreased, the strain after yielding of the RC members significantly decreased. Therefore, the overall ductility of the RC member is reduced with decreasing steel ratio. The yielding plateau and ultimate load of the RC members obtained from the proposed equations showed very good agreement with those of the experiments. Finally, the image analysis method was possible to allow flexibility in expand the measurement points and targets to determine the strains and crack widths of the specimens.
The effectiveness of seismic retrofitting of RC-frame buildings by converting selected bays into new walls through infilling with RC walls was studied experimentally using a full-scale four-storey model tested with the pseudo-dynamic (PsD) method. The frames were designed and detailed for gravity loads only using different connection details between the walls and the bounding frame. In order to simulate the experimental response, two numerical models were formulated differing at the level of modelling. The purpose of this paper is to illustrate the capabilities of these models to simulate the experimental nonlinear behaviour of the tested RC building strengthened with RC infill walls and comment on their effectiveness. The comparison between the capacity, in terms of peak ground acceleration, of the strengthened frame and the one of the bare frame, which was obtained numerically, has shown a five-fold increase.
Farsangi, E. Noroozinejad;Yang, T.Y.;Tasnimi, A.A.
Structural Engineering and Mechanics
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제59권4호
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pp.653-669
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2016
Recent earthquakes worldwide show that a significant portion of the earthquake shaking happens in the vertical direction. This phenomenon has raised significant interests to consider the vertical ground motion during the seismic design and assessment of the structures. Strong vertical ground motions can alter the axial forces in the columns, which might affect the shear capacity of reinforced concrete (RC) members. This is particularly important for non-ductile RC frames, which are very vulnerable to earthquake-induced collapse. This paper presents the detailed nonlinear dynamic analysis to quantify the collapse risk of non-ductile RC frame structures with varying heights. An array of non-ductile RC frame architype buildings located in Los Angeles, California were designed according to the 1967 uniform building code. The seismic responses of the architype buildings subjected to concurrent horizontal and vertical ground motions were analyzed. A comprehensive array of ground motions was selected from the PEER NGA-WEST2 and Iran Strong Motions Network database. Detailed nonlinear dynamic analyses were performed to quantify the collapse fragility curves and collapse margin ratios (CMRs) of the architype buildings. The results show that the vertical ground motions have significant impact on both the local and global responses of non-ductile RC moment frames. Hence, it is crucial to include the combined vertical and horizontal shaking during the seismic design and assessment of non-ductile RC moment frames.
Since the beginning of the twentieth century, the progressive and rapid spread of reinforced concrete (RC) has led to the adoption of mixed masonry-RC solutions, such as the confined masonry. However, together with structures conceived with a definite role for earthquake behaviour, the spreading of RC technology has caused the birth of mixed solutions inspired more by functional aspects than by structural ones, such as: internal masonry walls replaced by RC frames, RC walls inserted to build staircases or raising made from RC frames. Usually, since these interventions rise from a spontaneous build-up, any capacity design or ductility concepts are neglected being designed only to bear vertical loads: thus, the vulnerability assessment of this class becomes crucial. To investigate the non-linear seismic response of these structures, suitable models and effective numerical tools are needed. Among the various modelling approaches proposed in the literature and codes, the authors focus their attention on the equivalent frame model. After a brief description of the adopted model and its numerical validation, the authors aim to point out some specific peculiarities of the seismic response of mixed masonry-RC structures and their repercussions on safety verification procedures (referring in particular way to the non-linear static ones). In particular, the results of non-linear static analyses performed parametrically to various configurations representative of different interventions are discussed.
Many existing reinforced concrete (RC) columns in structures tend to become substandard RC ones due to updated standards or environmental changes. These substandard columns may alter the behaviors of the whole structure and therefore are in urgent need of seismic retrofitting. Owing to their superior advantages, carbon fiber reinforced polymer (CFRP) composites are widely used to retrofit RC columns. The applications mainly focus on various substandard RC columns, but few deals with substandard columns with deteriorated concrete, especially damaged by earthquake. The purpose of this paper is to investigate the seismic behaviors of CFRP reinforced partially deteriorated RC columns and to evaluate the effect of CFRP sheets on them. Six flexure-dominant columns were tested under a constant axial load and transverse cyclic displacements. It is found that the seismic behaviors of partially deteriorated columns can be recovered by wrapping CFRP sheets on them. Numerical analysis is then conducted using finite element methods and verified with experimental results. The effects of the axial load ratio, the ratio of the thickness of CFRP sheet to the column diameter, and the slenderness ratio on the seismic behaviors of CFRP reinforced RC columns are evaluated. Finally, a method is proposed to determine the required thickness of CFRP sheet.
Although the effect of corrosion of reinforcing bar on the shear behavior of the reinforced concrete (RC) beam had been simulated by tests of the beam with unbonded, half-exposed or whole-exposed tensile steel reinforcements as well as defective stirrup anchorages, theoretical methods to accurately predict remaining capacity of this kind of RC beams, especially shear capacity, are still lacking. Considering the possible position of the critical inclined crack, the actual pattern of strains in the concrete body within the partial length and the proposed compatibility condition of deformations of the RC beam, shear strength of the RC beam with unbonded or exposed tensile steel reinforcements and/or defective stirrup anchorages is predicted. Comparison between the model's predictions with the experimental results published in the literature shows the practicability of the proposed model. Influence of the length of unbonded or exposed tensile steel reinforcements and the percentage of stirrups lacked end anchorages on the shear strength of the RC beam is discussed. It is concluded that, the shear strength of the RC beam with unbonded or exposed tensile steel reinforcements and/or defective stirrup anchorages is greatly influenced by the length of unbonded or exposed tensile steel reinforcements and the percentage of stirrups lacked end anchorages, this influence can be adverse, insignificant or even favourable, dependent on the given parameters of the corresponding normal bonded RC beam.
본 연구에서는 RC 중공슬래브 교량의 내하력을 향상시키기 위해 외부 프리스트레싱을 이용한 보강방법을 제시하였다. 효과적인 보강을 위해 Queen-post 형식과 King-post 형식이 고려되었으며, 축차무제 약 최소화 기법(SUMT)를 이용하여 목표 내하율을 달성하기 위한 최적의 형상과 긴장력을 구하였다. 최적보강을 위한 목적함수는 재료비용을 무차원화한 비용함수로 구성하였으며, 제약조건은 시방서 규정과 내하율을 고려하여 형성하였다. RC 중공슬래브 교량의 보강을 실행한 후 그 결과를 분석하여 제안된 방법의 타당성을 제시하였다.
The main aim of the current research is to investigate the flexural behavior of the reinforced concrete (RC) slabs strengthened with strain hardening cementitious composites (SHCC) experimentally and numerically. Seven RC slabs were prepared and tested under four-points loading test. One un-strengthened slab considered as control specimen while six RC slabs were strengthened with reinforced SHCC layers. The SHCC layers had different reinforcement ratios and different thicknesses. The results showed that the proposed strengthening techniques significantly increased the ultimate failure load and the ductility index up to 25% and 22%, respectively, compared to the control RC slab. Moreover, a three dimensional (3D) finite element model was proposed to analyze the strengthened RC slabs. It was found that the results of the proposed numerical model well agreed with the experimental responses. The validated numerical model used to study many parameters of the SHCC layer such as the reinforcement ratios and the different thicknesses. In addition, steel connectors were suggested to adjoin the concrete/SHCC interface to enhance the flexural performance of the strengthened RC slabs. It was noticed that using the SHCC layer with thickness over 40 mm changed the failure mode from the concrete cover separation to the SHCC layer debonding. Also, the steel connectors prevented the debonding failure pattern and enhanced both the ultimate failure load and the ductility index. Furthermore, a theoretical equation was proposed to predict the ultimate load of the tested RC slabs. The theoretical and experimental ultimate loads are seen to be in fairly good agreement.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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