A reliability analysis of the axial compressive load bearing capacity of postfire reinforced concrete (RC) columns strengthened with carbon fiber reinforced polymer (CFRP) sheets was presented. A 3D finite element (FE) model was built for heat transfer analysis using software ABAQUS. Based on the temperature distribution obtained from the FE analysis, the residual axial compressive load bearing capacity of RC columns was worked out using the section method. Formulas for calculating the residual axial compressive load bearing capacity of the columns after fire exposure and the axial compressive load bearing capacity of postfire columns retrofitted with CFRP sheets were developed. Then the Monte Carlo method was used to analyze the reliability of the axial compressive load bearing capacity of the RC columns retrofitted with CFRP sheets using a code developed in MATLAB. The effects of fire exposure time, load ratio, number of CFRP layers, concrete cover thickness, and longitudinal reinforcement ratio on the reliability of the axial compressive load bearing capacity of the columns after fire were investigated. The results show that within 60 minutes of fire exposure time, the reliability index of the RC columns after retrofitting with two layers of CFRPs can meet the requirements of Chinese code GB 50068 (GB 2001) for safety level II. This method is effective and accurate for the reliability analysis of the axial load bearing capacity of postfire reinforced concrete columns retrofitted with CFRP.
Khan, Qasim S.;Sheikh, M. Neaz;Hadi, Muhammad N.S.
Steel and Composite Structures
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제30권6호
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pp.591-601
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2019
This research study investigates experimentally and analytically the axial compressive behaviour of Concrete Filled Fiber Reinforced Polymer Tube (CFFT) columns with and without Fiber Reinforced Polymer (FRP) bars. The experimental program comprises five circular columns of 204-206 mm outer diameter and 800-812 mm height. All columns were tested under concentric axial compressive loads. It was found that CFFT columns with and without FRP bars achieved higher peak axial compressive loads and corresponding axial deformations than conventional steel reinforced concrete (RC) column. The contribution of FRP bars was about 12.1% of the axial compressive loads carried by CFFT columns reinforced with FRP bars. Axial load-axial deformation ($P-{\delta}$) curves of CFFT columns were analytically constructed, which mapped well with the experimental $P-{\delta}$ curves. Also, an equation was proposed to predict the axial compressive load capacity of CFFT columns with and without FRP bars, which adequately considers the contributions of the circumferential confinement provided by FRP tubes and lower ultimate strength of FRP bars in compression than in tension.
To observe the confinement effects of Carbon Fiber Sheet(CFS) on the high-strength R/C short columns, Fifteen specimens with CFS were manufactured and tested under uni-axial compressive load. Major variables of this study are amount, spacing, type of CFS and amount of transverse steel. Increasing the amount of transverse steel and CFS, compressive strength and axial rigidity is improved. R/C columns with transverse steel and CFS exhibited less axial stress than columns with only CFS. From the test results, it is shown that the area confined with transverse steel and CFS is considerably important to evaluate axial stress of R/C short columns.
While the external axial compressive load is applied to only the shell edge of stringer-stiffened shell in the most of numerical and analytical previous studies (entitled as conventional approach), a part of external load is applied to the stringers in real conditions. It leads to decrease the accuracy of the axial buckling load calculated by the conventional eigenvalue analysis approach performed in the most of previous studies. In this study, the distribution of stress in the pre-buckling analysis was enhanced by applying the axial external compressive load to both shell and stringers to perform an accurate eigenvalue analysis of the stringer-stiffened composite shell. In this regard, a model was developed in FORTRAN environment to simulate the laminated stringer-stiffened shell under axial compressive load using finite strip method. The axial buckling load of the shell was obtained through eigenvalue analysis. A comparison was made between the results obtained from the model and those available in the previous studies to evaluate the validity of the results obtained from the model. Through a parametric study, the effects of different parameters such as stringer properties and composite layup on the buckling load of the shell under different loading patterns were investigated. The results indicated that in some cases, the axial buckling load obtained for the conventional approach used in the most of previous studies is significantly overestimated or underestimated due to neglecting the stringer in distribution of external load applied to the stringer-stiffened shell. According to the results obtained from the parametric study, some graphs were derived to show the accuracy of the axial buckling load obtained from the conventional approach utilized in the literature.
This paper presents analytic solutions of defection and their resonance diagrams for a uniform beam of infinite length subjected to an constant axial force and moving transverse load simultaneously. Steady solutions are obtained by a time-independent coordinate moving with the load. The supporting foundation includes damping effects. The influences of the axial force, the damping coefficient and the load velocity on the beam response are studied. The limiting cases of no damping and critical damping are also investigate. The profiles of the deflection of the beam are shown graphically for several values of the load speed, the axial force and damping parameters. Form the results, following conclusions have been reached. 1. The critical velocity .THETA.cr decreases as the axial compressive force increases, but increases as the axial tensile force increase. 2. At the critical velocity .THETA.cr the deflection have a tendency to decrease as the axial tensile force increases and to increase gradually as the axial compressive force increases. 3. In case if relatively small dampings, the deflection increases suddenly as the velocity of the moving load approaches the critical velocity, and it reachs its maximum at the critical velocity, and it decreases and become greatly affected by the axial force as the velocity increases further. 4. in case of relatively large dampings, as the velocity increases the deflection decreases gradually and it is affected little by the axial load.
Advanced composite materials such as carbon fiber, aramid, and glass fiber sheet, are widely used recently to strengthening existing reinforced concrete structures. The purpose of this paper was to investigate the mechanical characteristics of concrete compressive members confined with carbon fiber sheet and evaluate the efficiency of the strengthening under load actions. Uniaxal compression tests of concrete compressive members confined with carbon fiber sheet were experimentally used to develop a relationship between the axial stresses and the lateral stresses. The resulting axial and lateral strains were used to determine the confinement effect of concrete compressive members.
직경 500mm 및 직경 600mm PHC말뚝 A종의 파괴 압축하중($P_n$)은 각각 7.7MN 및 10.6MN으로 계산할 수 있었다. 직경 500mm 및 직경 600mm 매입 PHC말뚝 A종에 대한 압축정재하시험 시 말뚝 두부에 재하된 최대 압축하중은 6.9MN 및 8.8MN으로 측정할 수 있었으며 따라서 이 측정하중은 각각 $P_n$의 90% 및 83% 수준이었다. 직경 500mm 및 직경 600mm PHC말뚝 A종의 장기허용압축하중($P_a$)은 각각 1.7MN 및 2.3MN이었다. 모든 사례 매입 PHC말뚝의 양방향재하시험 자료로부터 계산된 지반의 허용지지력은 국내 현행 설계에서 사용하고 있는 극한지지력 산정공식으로 계산한 지반의 허용지지력보다 높은 수준으로 계산되었다. 따라서 매입 PHC말뚝의 설계에서 사용하는 극한지지력 산정공식은 매입 PHC말뚝의 실제 지지력 거동을 모사할 수 있도록 개선하여야 할 것으로 판단되었다.
Iman Saffarian;Gholam Reza Atefatdoost;Seyed Abbas Hosseini;Leila Shahryari
Computers and Concrete
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제31권6호
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pp.513-525
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2023
This research presents the experimental and theoretical evaluations on circular steel-fiber-reinforced-concrete (SFRC) columns reinforced by glass-fiber-reinforced-polymer (GFRP) rebar under the axial compressive loading. Test programs were designed to investigate and compare the effect of different parameters on the structural behavior of columns by performing tests. Theses variables included conventional concrete (CC), fiber concrete (FC), steel/GFRP longitudinal rebars, and transversal rebars configurations. A total of 16 specimens were constructed and categorized into four groups in terms of different rebar-concrete configurations, including GFRP-rebar-reinforced-CC columns (GRCC), GFRP-rebar-reinforced-FC columns (GRFC), steel-rebar-reinforced-CC columns (SRCC) and steel-rebar- reinforced-FC columns (SRFC). Experimental observations displayed that failure modes and cracking patterns of four groups of columns were similar, especially in pre-peak branches of load-deflection curves. Although the average ultimate axial load of columns with longitudinal GFRP rebars was obtained by 17.9% less than the average ultimate axial load of columns with longitudinal steel rebars, the average axial ductility index (DI) of them was gained by 10.2% higher than their counterpart columns. Adding steel fibers (SFs) into concrete led to the increases of 7.7% and 6.7% of the axial peak load and the DI of columns than their counterpart columns with CC. The volumetric ratio had greater efficiency on peak loads and DIs of columns than the type of transversal reinforcement. A simple analytical equation was proposed to predict the axial compressive capacity of columns by considering the axial involvement of longitudinal GFRP rebars, volumetric ratio, and steel spiral/hoop rebar. There was a good correlation between test results and predictions of the proposed equation.
한국지진공학회 2001년도 추계 학술발표회 논문집 Proceedings of EESK Conference-Fall 2001
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pp.423-430
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2001
This research was conducted to investigate the seismic behavior and ductility of circular spiral reinforcement concrete bridge columns used in high strength concrete. The experimental variables consisted of transverse steel amount and spacing, different axial load levels. From the test results, sufficient displacement ductility(at least 5.5) was observed for the columus which was satisfied wi th the requirement confinement steel amount of the Korean Bridge Design Specification. In case of the columns with 50 MPa of concrete compressive strength, the columns wi th 80 % of the confinement steel amount requirement showed adequate displacement ductility(at least 6.5) under 0.2 of axial load level. And in case of the columns with 60.2 77a of concrete compressive strength, the columns with 44 \ulcorner of the confinement steel requirement provided adequate displacement ductilit under less than 0.1 of axial load level and the columns with 0.22 % provided showed comparatively high the ducti1iffy under 0.21 of axial load level.
The axial compressive strength of unidirectional FRP is generally quite lower than its axial tensile strength. This fact decreases the advantages of FRP as main load bearing member in engineering structure. In order to restrain the lateral expansion and splitting of GFRP, and accordingly heighten its axial compressive bearing capacity, a project that to confine GFRP pole with surrounding CFRP sheet is suggested in the present study. The Experiment on the CFRP sheet confined GFRP poles showed that a combined structure of high bearing capacity was attained. Basing on the experiment research a theoretical iterative calculation approach is suggested to predict the ultimate axial compressive stress of the combined structure, and the predicted results agree well with the experimental results. Then the influences of geometrical parameters on the ultimate axial compressive stress of the combined structure are also analyzed basing on this approach.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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