In this study, an experimental study is performed to understand the effect of spalling on the structural behavior of fire damaged steel reinforced high strength concrete (SRHSC) columns, and the test results of temperature distributions and the displacements at elevated temperature are analyzed. Toward this goal, three long columns are tested to investigate the effect of various test parameters on structural behavior during the fire, and twelve short columns are tested to investigate residual strength and stiffness after the fire. The test parameters are mixture ratios of polypropylene fiber (0 and 0.1 vol.%), magnitudes of applied loads (concentric loads and eccentric loads), and the time period of exposure to fire (0, 30, 60 and 90 minutes). The experimental results show that there is significant effect of loading on the structural behaviors of columns under fire. The loaded concrete columns result more explosive spalling than the unloaded columns under fire. In particular, eccentrically loaded columns are severely spalled. The temperature distributions of the concrete are not affected by the loading state if there is no spalling. However, the loading state affects the temperature distributions when there is spalling occurred. In addition, it is found that polypropylene fiber prevents spalling of both loaded and unloaded columns under fire. From these experimental findings, an equation of predicting residual load capacity of the fire damaged column is proposed.
Khaled A. Alawi, Al-Sodani;Muhammad Kalimur ,Rahman;Mohammed A., Al-Osta;Omar S. Baghabra, Al-Amoudi
Earthquakes and Structures
/
v.23
no.5
/
pp.403-417
/
2022
Reinforced concrete (RC) structures with low-strength RC columns are rampant in several countries, especially those constructed during the early 1960s and 1970s. The weakness of these structures due to overloading or some natural disasters such as earthquakes and building age effects are some of the main reasons to collapse, particularly with the scarcity of data on the impact of aspect ratio and corner radius on the confinement effectiveness. Hence, it is crucial to investigate if these columns (with different aspect ratios) can be made safe by strengthening them with carbon fiber-reinforced polymers (CFRP) sheets. Therefore, experimental and numerical studies of CFRP-strengthened low-strength reinforced concrete short rectangular, square, and circular columns were studied. In this investigation, a total of 6 columns divided into three sets were evaluated. The first set had two circular cross-sectional columns, the second set had two square cross-section columns, and the third set has two rectangular cross-section columns. Furthermore, FEM validation has been conducted for some of the experimental results obtained from the literature. The experimental results revealed that the confinement equations for RC columns as per both CSA and ACI codes could give incorrect results for low-strength concrete. The control specimen (unstrengthened ones) displayed that both ACI and CSA equations overestimate the ultimate strength of low-strength RC columns by order of extent. For strengthened columns with CFRP, the code equations of CSA and ACI code overestimate the maximum strength by around 6 to 13% and 23 to 29%, respectively, depending on the cross-section of the column (i.e., square, rectangular, or circular). Results of finite element models (FEMs) showed that increasing the layer number of new commonly CFRP type (B) from one to 3 for circular columns can increase the column's ultimate loads by around eight times compared to unjacketed columns. However, in the case of strengthened square and rectangular columns with CFRP, the increase of the ultimate loads of columns can reach up to six times and two times, respectively.
AL-Eliwi, Baraa J.M.;Ekmekyapar, Talha;Faraj, Radhwan H.;Gogus, M. Tolga;AL-Shaar, Ahmed A.M.
Steel and Composite Structures
/
v.25
no.3
/
pp.299-314
/
2017
The aim of this paper is to investigate the performance of Lightweight Aggregate Concrete Filled Steel Tube (LWCFST) columns experimentally and compare to the behavior of Self-Compacted Concrete Filled Steel Tube (SCCFST) columns under axial loading. Four different L/D ratios and three D/t ratios were used in the experimental program to delve into the compression behaviours. Compressive strength of the LWC and SCC are 33.47 MPa and 39.71 MPa, respectively. Compressive loading versus end shortening curves and the failure mode of sixteen specimens were compared and discussed. The design specification formulations of AIJ 2001, AISC 360-16, and EC4 were also assessed against test results to underline the performance of specification methods in predicting the compression capacity of LWCFST and SCCFST columns. Based on the behaviour of the SCCFST columns, LWCFST columns exhibited different performances, especially in ductility and failure mode. The nature of the utilized lightweight aggregate led to local buckling mode to be dominant in LWCFST columns, even the long LWCFST specimens suffered from this behaviour. While with the SCCFST specimens the global buckling governed the failure mode of long specimens without any loss in capacity. Considering a wide range of column geometries (short, medium and long columns), this paper extends the current knowledge in composite construction by examining the potential of two promising and innovative structural concrete types in CFST applications.
The mechanical behavior of concrete-filled glass fiber reinforced polymer columns is affected by various factors including concrete strength, stiffness of tube, end confinement effect, and slenderness ratio of members. In this research the behavior of slender columns was examined both experimentally and analytically. Experimental works include 1) compression test with 30cm long glass fiber composite columns under different end confinement conditions, 2) uni-axial compression test for 7 slender columns, which have various slenderness ratios. Short-length stocky columns gave high strength and ductility revealing high confinement action of FRP tubes. The strength increment and strain change were examined under different end confinement conditions. With slender columns, failure strengths, confinement effects, and stress-strains relations were examined. Through analytical work, effective length was computed and it was compared with the amount of reduction in column strength, which is required to predict design strength with slender specimens. This study shows the feasibility of slender concrete-filled glass fiber reinforced polymer composite columns.
The investigation on the behaviour of cold-formed stainless steel non-slender circular hollow section columns is presented in this paper. The normal strength austenitic stainless steel type 304 and the high strength duplex materials (austenitic-ferritic approximately equivalent to EN 1.4462 and UNS S31803) were considered in this study. The finite element method has been used to carry out the investigation. The columns were compressed between fixed ends at different column lengths. The geometric and material nonlinearities have been included in the finite element analysis. The column strengths and failure modes were predicted. An extensive parametric study was carried out to study the effects of normal and high strength materials on cold-formed stainless steel non-slender circular hollow section columns. The column strengths predicted from the finite element analysis were compared with the design strengths calculated using the American Specification, Australian/New Zealand Standard and European Code for cold-formed stainless steel structures. The numerical results showed that the design rules specified in the American, Australian/New Zealand and European specifications are generally unconservative for the cold-formed stainless steel non-slender circular hollow section columns of normal and high strength materials, except for the short columns and some of the high strength stainless steel columns. Therefore, different values of the imperfection factor and limiting slenderness in the European Code design rules were proposed for cold-formed stainless steel non-slender circular hollow section columns.
While extensive efforts have been made in the past to develop finite element models (FEMs) for concrete-filled steel tubular columns (CFSTCs), these models may not be suitable to be used in some cases, especially in view of the utilisation of high strength steel and high strength concrete. A method is presented herein to predict the complete stress-strain curve of concrete subjected to tri-axial compressive stresses caused by axial load coupled with lateral pressure due to the confinement action in square and rectangular CFSTCs with normal and high strength materials. To evaluate the lateral pressure exerted on the concrete in square and rectangular shaped columns, an accurately developed FEM which incorporates the effects of initial local imperfections and residual stresses using the commercial program ABAQUS is adopted. Subsequently, an extensive parametric study is conducted herein to propose an empirical equation for the maximum average lateral pressure, which depends on the material and geometric properties of the columns. The analysis parameters include the concrete compressive strength ($f^{\prime}_c=20-110N/mm^2$), steel yield strength ($f_y=220-850N/mm^2$), width-to-thickness (B/t) ratios in the range of 15-52, as well as the length-to-width (L/B) ratios in the range of 2-4. The predictions of the behaviour, ultimate axial strengths, and failure modes are compared with the available experimental results to verify the accuracy of the models developed. Furthermore, a design model is proposed for short square and rectangular CFSTCs. Additionally, comparisons with the prediction of axial load capacity by using the proposed design model, Australian Standard and Eurocode 4 code provisions for box composite columns are carried out.
This paper presents a new methodology to evaluate the load carrying capacity of deteriorated non-slender concrete bridge pier columns by construction of the full P-M interaction diagrams. The proposed method incorporates the actual material properties of deteriorated columns, and accounts for amount of corrosion and exposed corroded bar length, concrete loss, loss of concrete confinement and strength due to stirrup deterioration, bond failure, and type of stresses in the corroded reinforcement. The developed structural model and the damaged material models are integrated in a spreadsheet for evaluating the load carrying capacity for different deterioration stages and/or corrosion amounts. Available experimental and analytical data for the effects of corrosion on short columns subject to axial loads combined with moments (eccentricity induced) are used to verify the accuracy of proposed model. It was observed that, for the limited available experimental data, the proposed model is conservative and is capable of predicting the load carrying capacity of deteriorated reinforced concrete columns with reasonable accuracy. The proposed analytical method will improve the understanding of effects of deterioration on structural members, and allow engineers to qualitatively assess load carrying capacity of deteriorated reinforced concrete bridge pier columns.
A new numerical model based on the spline finite strip method is presented here for the analysis of buckling of built-up columns with and without end stay plates. The channels are modelled with spline finite strips while the connecting elements are represented by a 3D beam finite element, for which the stiffness matrix is modified in order to ensure complete compatibility with the strips. This numerical model has the advantage to give all possible failure modes of built-up columns for different boundary conditions. The end stay plates are also taken into account in this method. To validate the model a comparative study was carried out. First, a general procedure was chosen and adopted. For each numerical analysis, the lowest buckling loads and modes were calculated. The basic or "pure" buckling modes were identified and their critical loads were compared with solutions obtained using analytical methods and/or other numerical methods. The results showed that the proposed numerical model can be used in practice to study the elastic buckling of built-up columns. This model is considered accurate and efficient for the local buckling of short columns and global buckling for slender columns.
This paper presents the results of an experimental study on the residual behavior of reinforced recycled aggregate concrete (RRAC) beam-columns after exposure to elevated temperatures. Two parameters were considered in this test: (a) recycled coarse aggregate (RCA) replacement percentages (i.e. 0, 30, 50, 70 and 100%); (b) high temperatures (i.e. 20, 200, 400, 600, and 800℃). A total of 25 RRAC short columns and 32 RRAC beams were conducted and subjected to different high temperatures for 1 h. After cooling down to ambient temperature, the following basic physical and mechanical properties were then tested and discussed: (a) surface change and mass loss ratio; (b) strength of recycled aggregate concrete (RAC) and steel subjected to elevated temperatures; (c) bearing capacity of beam-columns; (d) load-deformation curve. According to the test results, the law of performance degradation of RRAC beam-columns after exposure to high temperatures is analyzed. Finally, introducing the influence coefficient of RCA replacement percentage and high temperatures, respectively, to correct the calculation formulas of bearing capacity of beam-columns in Chinese Standard, and then the residual bearing capacity of RRAC beam-columns subjected elevated temperatures is calculated according to the modified formulas, the calculated results are in good agreement with the experimental results.
Under constant and cyclic axial compression, square composite short columns reinforced with Self Compacting Concrete (SCC) added with scrap rubber infilled inside steel tubes and with different types of concrete were cast and tested. The test is carried out to find the effectiveness of utilizing an aggregate manufactured from industrial waste and to address the problems associated with the need for alternative reinforcements along with waste management. The main testing parameters are the type of concrete, the effect of fiber inclusion, and the significance of rubber-infilled steel tubes. The failure modes of the columns and axial load-displacement curves of the steel tube-reinforced columns were all thoroughly investigated. According to the test results, all specimens failed due to compression failure with a longitudinal crack along the loading axis. The fiber-reinforced column specimens demonstrated improved ductility and energy absorption. In comparison to the normal-weight concrete columns, the lightweight concrete columns significantly improved the axial load-carrying capacity. The addition of basalt fiber to the columns significantly increased the yield stress and ultimate stress to 9.21%. The corresponding displacement at yield load and ultimate load was reduced to 10.36% and 28.79%, respectively. The precision of volumetric information regarding the obtained crack quantification, aggregates, and the fiber in concrete is studied in detail through image processing using MATLAB environment.
본 웹사이트에 게시된 이메일 주소가 전자우편 수집 프로그램이나
그 밖의 기술적 장치를 이용하여 무단으로 수집되는 것을 거부하며,
이를 위반시 정보통신망법에 의해 형사 처벌됨을 유념하시기 바랍니다.
[게시일 2004년 10월 1일]
이용약관
제 1 장 총칙
제 1 조 (목적)
이 이용약관은 KoreaScience 홈페이지(이하 “당 사이트”)에서 제공하는 인터넷 서비스(이하 '서비스')의 가입조건 및 이용에 관한 제반 사항과 기타 필요한 사항을 구체적으로 규정함을 목적으로 합니다.
제 2 조 (용어의 정의)
① "이용자"라 함은 당 사이트에 접속하여 이 약관에 따라 당 사이트가 제공하는 서비스를 받는 회원 및 비회원을
말합니다.
② "회원"이라 함은 서비스를 이용하기 위하여 당 사이트에 개인정보를 제공하여 아이디(ID)와 비밀번호를 부여
받은 자를 말합니다.
③ "회원 아이디(ID)"라 함은 회원의 식별 및 서비스 이용을 위하여 자신이 선정한 문자 및 숫자의 조합을
말합니다.
④ "비밀번호(패스워드)"라 함은 회원이 자신의 비밀보호를 위하여 선정한 문자 및 숫자의 조합을 말합니다.
제 3 조 (이용약관의 효력 및 변경)
① 이 약관은 당 사이트에 게시하거나 기타의 방법으로 회원에게 공지함으로써 효력이 발생합니다.
② 당 사이트는 이 약관을 개정할 경우에 적용일자 및 개정사유를 명시하여 현행 약관과 함께 당 사이트의
초기화면에 그 적용일자 7일 이전부터 적용일자 전일까지 공지합니다. 다만, 회원에게 불리하게 약관내용을
변경하는 경우에는 최소한 30일 이상의 사전 유예기간을 두고 공지합니다. 이 경우 당 사이트는 개정 전
내용과 개정 후 내용을 명확하게 비교하여 이용자가 알기 쉽도록 표시합니다.
제 4 조(약관 외 준칙)
① 이 약관은 당 사이트가 제공하는 서비스에 관한 이용안내와 함께 적용됩니다.
② 이 약관에 명시되지 아니한 사항은 관계법령의 규정이 적용됩니다.
제 2 장 이용계약의 체결
제 5 조 (이용계약의 성립 등)
① 이용계약은 이용고객이 당 사이트가 정한 약관에 「동의합니다」를 선택하고, 당 사이트가 정한
온라인신청양식을 작성하여 서비스 이용을 신청한 후, 당 사이트가 이를 승낙함으로써 성립합니다.
② 제1항의 승낙은 당 사이트가 제공하는 과학기술정보검색, 맞춤정보, 서지정보 등 다른 서비스의 이용승낙을
포함합니다.
제 6 조 (회원가입)
서비스를 이용하고자 하는 고객은 당 사이트에서 정한 회원가입양식에 개인정보를 기재하여 가입을 하여야 합니다.
제 7 조 (개인정보의 보호 및 사용)
당 사이트는 관계법령이 정하는 바에 따라 회원 등록정보를 포함한 회원의 개인정보를 보호하기 위해 노력합니다. 회원 개인정보의 보호 및 사용에 대해서는 관련법령 및 당 사이트의 개인정보 보호정책이 적용됩니다.
제 8 조 (이용 신청의 승낙과 제한)
① 당 사이트는 제6조의 규정에 의한 이용신청고객에 대하여 서비스 이용을 승낙합니다.
② 당 사이트는 아래사항에 해당하는 경우에 대해서 승낙하지 아니 합니다.
- 이용계약 신청서의 내용을 허위로 기재한 경우
- 기타 규정한 제반사항을 위반하며 신청하는 경우
제 9 조 (회원 ID 부여 및 변경 등)
① 당 사이트는 이용고객에 대하여 약관에 정하는 바에 따라 자신이 선정한 회원 ID를 부여합니다.
② 회원 ID는 원칙적으로 변경이 불가하며 부득이한 사유로 인하여 변경 하고자 하는 경우에는 해당 ID를
해지하고 재가입해야 합니다.
③ 기타 회원 개인정보 관리 및 변경 등에 관한 사항은 서비스별 안내에 정하는 바에 의합니다.
제 3 장 계약 당사자의 의무
제 10 조 (KISTI의 의무)
① 당 사이트는 이용고객이 희망한 서비스 제공 개시일에 특별한 사정이 없는 한 서비스를 이용할 수 있도록
하여야 합니다.
② 당 사이트는 개인정보 보호를 위해 보안시스템을 구축하며 개인정보 보호정책을 공시하고 준수합니다.
③ 당 사이트는 회원으로부터 제기되는 의견이나 불만이 정당하다고 객관적으로 인정될 경우에는 적절한 절차를
거쳐 즉시 처리하여야 합니다. 다만, 즉시 처리가 곤란한 경우는 회원에게 그 사유와 처리일정을 통보하여야
합니다.
제 11 조 (회원의 의무)
① 이용자는 회원가입 신청 또는 회원정보 변경 시 실명으로 모든 사항을 사실에 근거하여 작성하여야 하며,
허위 또는 타인의 정보를 등록할 경우 일체의 권리를 주장할 수 없습니다.
② 당 사이트가 관계법령 및 개인정보 보호정책에 의거하여 그 책임을 지는 경우를 제외하고 회원에게 부여된
ID의 비밀번호 관리소홀, 부정사용에 의하여 발생하는 모든 결과에 대한 책임은 회원에게 있습니다.
③ 회원은 당 사이트 및 제 3자의 지적 재산권을 침해해서는 안 됩니다.
제 4 장 서비스의 이용
제 12 조 (서비스 이용 시간)
① 서비스 이용은 당 사이트의 업무상 또는 기술상 특별한 지장이 없는 한 연중무휴, 1일 24시간 운영을
원칙으로 합니다. 단, 당 사이트는 시스템 정기점검, 증설 및 교체를 위해 당 사이트가 정한 날이나 시간에
서비스를 일시 중단할 수 있으며, 예정되어 있는 작업으로 인한 서비스 일시중단은 당 사이트 홈페이지를
통해 사전에 공지합니다.
② 당 사이트는 서비스를 특정범위로 분할하여 각 범위별로 이용가능시간을 별도로 지정할 수 있습니다. 다만
이 경우 그 내용을 공지합니다.
제 13 조 (홈페이지 저작권)
① NDSL에서 제공하는 모든 저작물의 저작권은 원저작자에게 있으며, KISTI는 복제/배포/전송권을 확보하고
있습니다.
② NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 상업적 및 기타 영리목적으로 복제/배포/전송할 경우 사전에 KISTI의 허락을
받아야 합니다.
③ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 보도, 비평, 교육, 연구 등을 위하여 정당한 범위 안에서 공정한 관행에
합치되게 인용할 수 있습니다.
④ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 무단 복제, 전송, 배포 기타 저작권법에 위반되는 방법으로 이용할 경우
저작권법 제136조에 따라 5년 이하의 징역 또는 5천만 원 이하의 벌금에 처해질 수 있습니다.
제 14 조 (유료서비스)
① 당 사이트 및 협력기관이 정한 유료서비스(원문복사 등)는 별도로 정해진 바에 따르며, 변경사항은 시행 전에
당 사이트 홈페이지를 통하여 회원에게 공지합니다.
② 유료서비스를 이용하려는 회원은 정해진 요금체계에 따라 요금을 납부해야 합니다.
제 5 장 계약 해지 및 이용 제한
제 15 조 (계약 해지)
회원이 이용계약을 해지하고자 하는 때에는 [가입해지] 메뉴를 이용해 직접 해지해야 합니다.
제 16 조 (서비스 이용제한)
① 당 사이트는 회원이 서비스 이용내용에 있어서 본 약관 제 11조 내용을 위반하거나, 다음 각 호에 해당하는
경우 서비스 이용을 제한할 수 있습니다.
- 2년 이상 서비스를 이용한 적이 없는 경우
- 기타 정상적인 서비스 운영에 방해가 될 경우
② 상기 이용제한 규정에 따라 서비스를 이용하는 회원에게 서비스 이용에 대하여 별도 공지 없이 서비스 이용의
일시정지, 이용계약 해지 할 수 있습니다.
제 17 조 (전자우편주소 수집 금지)
회원은 전자우편주소 추출기 등을 이용하여 전자우편주소를 수집 또는 제3자에게 제공할 수 없습니다.
제 6 장 손해배상 및 기타사항
제 18 조 (손해배상)
당 사이트는 무료로 제공되는 서비스와 관련하여 회원에게 어떠한 손해가 발생하더라도 당 사이트가 고의 또는 과실로 인한 손해발생을 제외하고는 이에 대하여 책임을 부담하지 아니합니다.
제 19 조 (관할 법원)
서비스 이용으로 발생한 분쟁에 대해 소송이 제기되는 경우 민사 소송법상의 관할 법원에 제기합니다.
[부 칙]
1. (시행일) 이 약관은 2016년 9월 5일부터 적용되며, 종전 약관은 본 약관으로 대체되며, 개정된 약관의 적용일 이전 가입자도 개정된 약관의 적용을 받습니다.