Reinforced concrete (RC) columns which are the main vertical structural members are exposed to several static and dynamic effects such as earthquake and wind. However, impact loading that is sudden impulsive dynamic one is the most effective loading type acting on the RC columns. Impact load is a kind of impulsive dynamic load which is ignored in the design process of RC columns like other structural members. The behavior of reinforced concrete columns under impact loading is an area of research that is still not well understood; however, work in this area continues to be motivated by a broad range of applications. Examples include reinforced concrete structures designed to resist accidental loading scenarios such as falling rock impact; vehicle or ship collisions with buildings, bridges, or offshore facilities; and structures that are used in high-threat or high-hazard applications, such as military fortification structures or nuclear facilities. In this study, free weight falling test setup is developed to investigate the behavior effects on RC columns under impact loading. For this purpose, eight RC column test specimens with 1/3 scale are manufactured. While drop height and mass of the striker are constant, application point of impact loading, stirrup spacing and concrete compression strength are the experimental variables. The time-history of the impact force, the accelerations of two points and the displacement of columns were measured. The crack patterns of RC columns are also observed. In the light of experimental results, low-velocity impact behavior of RC columns were determined and interpreted. Besides, the finite element models of RC columns are generated using ABAQUS software. It is found out that proposed finite element model could be used for evaluation of dynamic responses of RC columns subjected to low-velocity impact load.
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.
Self-compacting Concrete (SCC) Filled Square steel Tubes (SCFST) was used to strengthen square RC columns. To establish the efficiency of this strengthening method, 17 columns were tested under axial compression loading including 3 RC columns without any strengthening (WRC), 1 RC column strengthened with concrete jacket (CRC), 13 RC columns strengthened with self-compacting concrete filled square steel tubes (SRC). The experimental results showed that the use of SCFST is interesting since the ductility and the bearing capacity of the RC columns are greatly improved. The improvement ratio is significantly affected by the nominal wall thickness of steel tubes (t), the strength grade of strengthening concrete (C), and the length-to-width ratio (L / B) of the specimens. In order to quantitatively analyze the effect of these test parameters on axial loading behavior of the SRC columns, three performance indices, enhancement ratio (ER), ductility index (DI), and confinement ratio (CR), were used. The strength of the SRC columns obtained from the experiments was then employed to verify the proposed mode referring to the relevant codes. It was found that codes DBJ13-51 could relatively predict the strength of the SRC columns accurately, and codes AIJ and BS5400 were relatively conservative.
Rizwan, M.;Chaudhary, M.T.A.;Ilyas, M.;Hussain, Raja Rizwan;Stacey, T.R.
Computers and Concrete
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v.14
no.2
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pp.193-209
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2014
Cyclic test of the columns is of practical relevance to the performance of compression members during an earthquake loading. The strength, ductility and energy absorption capabilities of reinforced concrete (RC) columns subjected to cyclic loading have been estimated by many researchers. These characteristics are not normally inherent in plain concrete but can be achieved by effectively confining columns through transverse reinforcement. An extensive experimental program, in which performance of four RC columns detailed according to provisions of ACI-318-08 was studied in contrast with that of four columns confined by a new proposed technique. This paper presents performance of columns reinforced by standard detailing and cast with 25 and 32 MPa concrete. The experimentally achieved load-displacement hysteresis and backbone curves of two columns are presented. The two approaches which work in conjunction with Response 2000 have been suggested to draw analytical back bone curves of RC columns. The experimental and analytical backbone curves are found in good agreement. This investigation gives a detail insight of the response of RC columns subjected to cyclic loads during their service life. The suggested analytical procedures will be available to the engineers involved in design to appraise the capacity of RC columns.
It was found that the lateral stiffness changes obvious at the transfer position of the section configuration from SRC to RC. This particular behavior leads to that the transfer columns become as the important elements in SRC-RC hybrid structures. A comprehensive study was conducted to investigate the seismic behavior of SRC-RC transfer columns based on a low cyclic loading test of 16 transfer columns compared with 1 RC column. Test results shows three failure modes for transfer columns, which are shear failure, bond failure and bend failure. Its seismic behavior was completely analyzed about the failure mode, hysteretic and skeleton curves, bearing capacity deformation ability, stiffness degradation and energy dissipation. It is further determined that displacement ductility coefficient of transfer columns changes from 1.97 to 5.99. The stiffness of transfer columns are at the interval of SRC and RC, and hence transfer columns can play the role of transition from SRC to RC. All specimens show similar discipline of stiffness degradation and the process can be divided into three parts. Some specimens of transfer column lose bearing capacity swiftly after shear cracking and showed weak energy dissipation ability, but the others show better ability of energy dissipation than RC column.
This paper aims to investigate the seismic performance of RC short columns and long columns with welding stirrups. Through the low-cyclic horizontal loading test of specimens, the seismic performance indexes such as failure modes, hysteretic curve, skeleton curve, ductility, energy dissipation capacity, stiffness degradation and strength degradation were emphatically analyzed. Furthermore, the effects of shear span ratio, stirrups ratio and axial compression ratio on the performance of specimens were studied. The results showed that the seismic performance of the RC short columns with welding stirrups were basically the same as that of the RC short columns with traditional stirrups, but the seismic performance of RC long columns with welding stirrups was better than that of RC long columns with traditional stirrups. The seismic performance of RC short columns and long columns with welding stirrups could be improved by increasing stirrup ratio and shear span ratio and reducing axial pressure ratio. Moreover, the welding stirrup have the advantages of steel saving, industrialization and standardization production, convenient construction, and reducing time, which indicated that the welding stirrups could be applied in practical engineering.
This paper presents the experimental study of nine pieces of reinforced concrete (RC) short columns. RC short columns were tested with cyclic loading with displacement control under the influence of constant axial load with load index of 0.2. Three columns within the tested nine columns are reference columns which have the details of the reinforcement given in the modern regulations and six of them are 150 mm and 100 mm externally collared columns. In addition to the parameter of the collar spacing, aspect ratio (as=2-1.5-1) is also considered as a parameter. The data obtained from experimental results have shown that externally collar contributes significantly to increasing the shear resistance of RC short columns and limiting the shear dominant behavior. It has been observed that the effectiveness of the externally collar increases with the decrease of the aspect ratio.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2009.05a
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pp.189-190
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2009
This paper studies the lateral response of reinforced concrete columns strengthened with carbon fiber reinforced polymer sheet (CFRP) subjected to static loading analytically by comparing with experimental results. For interface behavior between RC columns and CFRP, and interface element in FEM was applied and verified its performance by analyzing lateral behavior of RC columns strengthened with CFRP. The comparison shows that the proposed analytical method is effective for nonlinear analysis of RC columns strengthened CFRP.
Reinforced concrete (RC) columns are crucial in building structures and they are of higher vulnerability to terrorist threat than any other structural elements. Thus it is of great interest and necessity to achieve a comprehensive understanding of the possible responses of RC columns when exposed to high intensive blast loads. The primary objective of this study is to derive analytical formulas to assess vulnerability of RC columns using an advanced numerical modelling approach. This investigation is necessary as the effect of blast loads would be minimal to the RC structure if the explosive charge is located at the safe standoff distance from the main columns in the building and therefore minimizes the chance of disastrous collapse of the RC columns. In the current research, finite element model is developed for RC columns using LS-DYNA program that includes a comprehensive discussion of the material models, element formulation, boundary condition and loading methods. Numerical model is validated to aid in the study of RC column testing against the explosion field test results. Residual capacity of RC column is selected as damage criteria. Intensive investigations using Arbitrary Lagrangian Eulerian (ALE) methodology are then implemented to evaluate the influence of scaled distance, column dimension, concrete and steel reinforcement properties and axial load index on the vulnerability of RC columns. The generated empirical formulae can be used by the designers to predict a damage degree of new column design when consider explosive loads. With an extensive knowledge on the vulnerability assessment of RC structures under blast explosion, advancement to the convention design of structural elements can be achieved to improve the column survivability, while reducing the lethality of explosive attack and in turn providing a safer environment for the public.
An efficient and accurate classification method for failure modes of reinforced concrete (RC) columns was proposed based on key characteristic parameters. The weight coefficients of seven characteristic parameters for failure modes of RC columns were determined first based on the support vector machine-recursive feature elimination. Then key characteristic parameters for classifying flexure, flexure-shear and shear failure modes of RC columns were selected respectively. Subsequently, a support vector machine with key characteristic parameters (SVM-K) was proposed to classify three types of failure modes of RC columns. The optimal parameters of SVM-K were determined by using the ten-fold cross-validation and the grid-search algorithm based on 270 sets of available experimental data. Results indicate that the proposed SVM-K has high overall accuracy, recall and precision (e.g., accuracy>95%, recall>90%, precision>90%), which means that the proposed SVM-K has superior performance for classification of failure modes of RC columns. Based on the selected key characteristic parameters for different types of failure modes of RC columns, the accuracy of SVM-K is improved and the decision function of SVM-K is simplified by reducing the dimensions and number of support vectors.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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