Previous studies have suggested the maximum experimental story shear force of beam-column joint frame does not reach its theoretical value due to beam-column joint failure when the column-to-beam moment capacity ratio was close to 1.0. It was also pointed out that under a certain amount of axial force, an axial collapse and a sudden decrease of lateral load-carrying capacity may occur at the joint. Although increasing joint transverse reinforcement could improve the lateral load-carrying capacity and axial load-carrying capacity of beam-column joint frame, the conditions considering varying axial force were still not well investigated. For this purpose, 7 full-scale specimens with no-axial force and 14 half-scale specimens with varying axial force are designed and subjected to static loading tests. Comparing the experimental results of the two types of specimens, it has indicated that introducing the varying axial force leads to a reduction of the required joint transverse reinforcement ratio which can avoid the beam-column joint failure. For specimens with varying axial force, to prevent beam-column joint failure and axial collapse, the lower limit of joint transverse reinforcement ratio is acquired when given a column-to-beam moment capacity ratio.
In this study, theoretical and experimental results are presented which were obtained during an investigation of the influence of the $P-{\Delta}$ effect that was caused by the simultaneous changing of the axial load P of the column and the lateral displacement ${\Delta}$ in the external beam-column joints. The increase or decrease of ${\Delta}$ was simultaneous with the increase or decrease of the axial compression load P and caused an additional influence on the aseismic mechanical properties of the joint. A total of 12 reinforced concrete exterior beam-column subassemblies were examined. A new model, which predicts the beam-column joint ultimate shear strength, was used in order to predict the seismic behaviour of beam-column joints subjected to earthquake-type loading plus variable axial load and $P-{\Delta}$ effect. Test data and analytical research demonstrated that axial load changes and $P-{\Delta}$ effect during an earthquake cause significant deterioration in the earthquake-resistance of these structural elements. It was demonstrated that inclined bars in the joint region were effective for reducing the unfavourable impact of the $P-{\Delta}$ effect and axial load changes in these structural elements.
The use of concrete filled steel tube (CFST) column is widely accepted due to its property of high axial load carrying capacity, more ductility and more resistant to earthquake specially using in bridges and high-rise buildings. The initial imperfection (δ) that produces during casting or fixing causes the reduction in load carrying capacity, this is the reason, experimental capacity is always less then theoretical one. In this research, the effect of δ on load carrying capacity and behavior of concrete filled steel tube (CFST) column have been investigated by numerically simulation of large number of models with different δ and other geometric parameters that include length (L), width (B), steel tube thickness (t), f'c and fy. Finite element analysis software ANSYS v18 is used to develop model of SCFST column to evaluate strength capacity, buckling and failure pattern of member which is applied during experimental study under cyclic axial loading. After validation of results, 42 models with different parameters are evaluated to develop empirical equation predicting axial load carrying capacity for different value of δ. Results indicate that empirical equation shows the 0 to 9% error for finite element analysis Forty-two models in comparison with ANSYS results, respectively. Empirical equation can be used for predicting the axial capacity of early estimating the axial capacity of SCFT column including 𝛿.
The seismic behavior of reinforced concrete (RC) short columns with limited transverse reinforcement is investigated in this paper through an experimental program. The experimental program consists of four small-scale RC columns with an aspect ratio of 1.7, which are tested to the axial failure stage. The cracking patterns, hysteretic responses, strains in reinforcing bars, displacement decomposition and cumulative energy dissipation of the tested specimens are reported in detail in the paper. The effects of column axial load are investigated to determine how this variable might influence the performance of the short columns with limited transverse reinforcement. Brittle shear failure was observed in all tested specimens. Beneficial and detrimental effects on the shear strength and drift ratio at axial failure of the test specimens due to the column axial load are found in the experimental program, respectively.
This paper describes fire performance of eight axially restrained reinforced concrete (RC) columns under a combination of two different load ratios and two different axial restraint ratios. The eight RC columns were all concentrically loaded and subjected to ISO834 standard fire on all sides. Axial restraints were imposed at the top of the columns to simulate the restraining effect of the rest of the whole frame. The axial restraint was effective when the column was expanding as well as contracting. As the results of the experiments have shown, the stiffness of the axial restraint and load level play an important role in the fire behaviors of both HSC and NSC columns. It is found that (a) the maximum deformations during expanding phase were influenced mostly by load ratio and hardly by axial restraint ratio, (b) For a given load ratio, axial restraint ratio had a great impact on the development of axial deformation during contraction phase beyond the initial equilibrium state, (c) increasing the axial restraint increased the value of restraint force generated in both the NSC and HSC columns, and (d) the development of column axial force during the contracting and cooling phase followed nearly parallel trend for columns under the same load ratio.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2006.05a
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pp.430-433
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2006
The reinforced concrete column confined by square steel tubes(RCST) is a reinforced column (RC) confined by thin steel tubes which cover over the full length of the column but terminates 15mm from the column's ends. The steel tube is in uniaxial tension stress state and won't buckle when the column sustains axial load. This will highly increase the bearing capacity and ductility of the columns. The hysteretic behavior of four square RCST columns and one square RC column were experimentally studied under constant axial load and lateral cyclic load. The wide-to-thickness (D/t) ratio of RCST columns employed in this research is 75. The main variables of the experiment were axial load ratio and compressive strength of the concrete. Based on the findings in this research, RCST columns exhibits high lateral strength, ductility, and energy dissipation ability.
Reinforced concrete (RC) columns are the primary type of vertical support used in building structures that sustain vertical loads. However, their strength may be insufficient due to fire, earthquake or volatile environments. The load demand may be increased due to new functional usages of the structure. The deformability of concrete columns can be greatly reduced under high axial load conditions. In response, a novel steel encasement that distinguishes from the traditional steel jacketing that is assembled by welding or bolt is developed. This novel strengthening method features easy installation and quick strengthening because direct fastening is used to connect the four steel plates surrounding the column. This new connection method is usually used to quickly and stably connect two steel components by driving high strength fastener into the steel components. The connections together with the steel plates behave like transverse reinforcement, which can provide passive confinement to the concrete. The confined column along with the steel plates resist the axial load. By this way, the axial load capacity and deformability of the column can be enhanced. Eight columns are tested to examine the reliability and effectiveness of the proposed method. The effects of the vertical spacing between adjacent connections, thickness of the steel plate and number of fasteners in each connection are studied to identify the critical parameters which affect the load bearing performance and deformation behavior. Lastly, a theoretical model is proposed for predicting the axial load capacity of the strengthened RC columns.
Luevanos-Rojas, Arnulfo;Lopez-Chavarria, Sandra;Medina-Elizondo, Manuel
Geomechanics and Engineering
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v.14
no.1
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pp.61-69
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2018
The first part shows the optimal contact surface for T-shaped combined footings to obtain the most economical dimensioning on the soil (optimal area). This paper presents the second part of a new model for T-shaped combined footings, this part shows a the mathematical model for design of such foundations subject to axial load and moments in two directions to each column considering the soil real pressure acting on the contact surface of the footing with one or two property lines restricted, the pressure is presented in terms of an axial load, moment around the axis "X" and moment around the axis "Y" to each column, and the methodology is developed using the principle that the derived of the moment is the shear force. The classic model considers an axial load and a moment around the axis "X" (transverse axis) applied to each column, i.e., the resultant force from the applied loads is located on the axis "Y" (longitudinal axis), and its position must match with the geometric center of the footing, and when the axial load and moments in two directions are presented, the maximum pressure and uniform applied throughout the contact surface of the footing is considered the same. To illustrate the validity of the new model, a numerical example is presented to obtain the design for T-shaped combined footings subjected to an axial load and moments in two directions applied to each column. The mathematical approach suggested in this paper produces results that have a tangible accuracy for all problems.
This experimental research presents the seismic performance of steel reinforced high-strength concrete (SRHC) short columns. Eleven SRHC column specimens were tested under simulated earthquake loading conditions, including six short column specimens and five normal column specimens. The parameters studied included the axial load level, stirrup details and shear span ratio. The failure modes, critical region length, energy dissipation capacity and deformation capacity, stiffness and strength degradation and shear displacement of SRHC short columns were analyzed in detail. The effects of the parameters on seismic performance were discussed. The test results showed that SRHC short columns exhibited shear-flexure failure characteristics. The critical region length of SRHC short columns could be taken as the whole column height, regardless of axial load level. In comparison to SRHC normal columns, SRHC short columns had weaker energy dissipation capacity and deformation capacity, and experienced faster stiffness degradation and strength degradation. The decrease in energy dissipation and deformation capacity due to the decreasing shear span ratio was more serious when the axial load level was higher. However, SRHC short columns confined by multiple stirrups might possess good seismic behavior with enough deformation capacity (ultimate drift ratio ${\geq}2.5%$), even though a relative large axial load ratio (= 0.38) and relative small structural steel ratio (= 3.58%) were used, and were suitable to be used in tall buildings in earthquake regions.
This paper presents an experimental study to assess the effectiveness of using ferrocement to strengthen deficient beam-column joints. Ferrocement is proposed to protect the joint region through replacing concrete cover. Six exterior beam-column joints, including two control specimens and four strengthened specimens, are prepared and tested under constant axial load and quasi-static cyclic loading. Two levels of axial load on column (0.2fc'Ag and 0.4fc'Ag) and two types of skeletal reinforcements in ferrocement (grid reinforcements and diagonal reinforcements) are considered as test variables. Experimental results have indicated that ferrocement as a composite material can enhance the seismic performance of deficient beam-column joints in terms of peak horizontal load, energy dissipation, stiffness and joint shear strength. Shear distortions within the joints are significantly reduced for the strengthened specimens. High axial load (0.4fc'Ag) has a detrimental effect on peak horizontal load for both control and ferrocement-strengthened specimens. Specimens strengthened by ferrocement with two types of skeletal reinforcements perform similarly. Finally, a method is proposed to predict shear strength of beam-column joints strengthened by ferrocement.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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