Concrete filled double skin tubular members (CFDST) consist of double concentric circular or square steel tubes with concrete filled between the two steel tubes. The CFDST members, having a hollow section inside the internal tube, are generally lighter than ordinary concrete filled steel tubular members (CFT) which have a solid cross-section. Therefore, when the CFDST members are applied to bridge piers, reduction of seismic action can be expected. The present study aims to investigate, experimentally, the behavior of CFDST stub columns with double concentric square steel tubes filled with concrete (SS-CFDST) when working under centric compression. Two test parameters, namely, inner-to-outer width ratio and outer square steel tube's width-to-thickness were selected and outer steel tube's width-to-thickness ratio ranging from 70 to 160 were considered. In the results, shear failure of the concrete fill and local buckling of the double skin tubes having largest inner-to-outer width ratio were observed. A method to predict axial loading capacity of SS-CFDST is also proposed. In addition, the load capacity in the axial direction of stub column test on SS-CFDST is compared with that of double circular CFDST. Finally, the biaxial stress behavior of both steel tubes under plane stress is discussed.
This paper is conducted to compare the seismic design standard of a bridge column such as the Korean Bridge Design Standard(KBDS), EC 8, NZS 3101 and ATC 32. The KBDS adopted the seismic design requirements in 1992. The earthquake magnitude in Korea is compared with those in the west coast of the USA. It may be said that the current seismic design requirements of the KBDS provides design results, that are too conservative especially for transverse reinforcement details and amounts in reinforced concrete columns. This fact usually creates construction problems in concrete casting, due to congestion of transverse reinforcement. Furthermore, the effective stiffness; $I_{eff}$ depends on both the axial load P/$A_gF_{ck}$ and the longitudinal reinforcement ratio $A_{st}/A_g, so it is the conservative to use the effective stiffness I$_{eff}$ than the gross section stiffness Ig. Seismic design for the transverse reinforcement content of the concrete column was analyzed and considered to have an extreme-fiber compression strain, response modification factor, axial load and effective stiffness etc.c.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.17
no.5
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pp.49-58
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2013
Eight small scale circular reinforced concrete columns were tested under cyclic lateral load with constant axial load. Test specimens were designed with 4.5 aspect ratio. The selected test variables are longitudinal steel ratio, transverse steel ratio, yielding strength of longitudinal steel and axial load ratio. The test results of columns with different longitudinal steel ratio, transverse steel ratio and axial load ratio showed different seismic performance such as equivalent damping ratio, residual displacement and effective stiffness. It was found that the column with low strength of longitudinal steel showed significantly reduced seismic performance, especially for equivalent damping ratio and residual displacement. The regulation of flexural over-strength is adopted by Korea Bridge Design Specifications (Limited state design, 2012). The test results are compared with nominal strength, result of nonlinear moment-curvature analysis and the design specifications such as AASHTO LRFD and Korea Bridge Design Specifications (Limited state design).
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.16
no.6
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pp.47-56
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2012
It is known that seismic performance of existing bridges having insufficient lateral confinements and lap-splices of longitudinal reinforcements at the base of column decreases dramatically. In this study, small-scaled model tests have been performed to confirm the seismic behaviors of RC bridge piers with various lap-splice lengths. The 8 test models have circular section with diameters of 0.65 m, 0.8 m, 1.0 m, and lap-splice lengths of B-class or C-class. The test results show that the failure modes of models are not depending on the lap-splice length itself but depend on the ratio of lap-splice length to diameter, and that the displacement ductility is also affected by this ratio.
Jiao, Chiyu;Li, Jianzhong;Wei, Biao;Long, Peiheng;Xu, Yan
Earthquakes and Structures
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v.17
no.5
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pp.435-445
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2019
The collapses of curved bridges are mainly caused by the damaged columns, subjected to the combined loadings of axial load, shear force, flexural moment and torsional moment, under earthquakes. However, these combined loadings have not been fully investigated. This paper firstly investigated the mechanical characteristics of the bending-torsion coupling effects, based on the seismic response spectrum analysis of 24 curved bridge models. And then 9 reinforced concrete (RC) and circular column specimens were tested, by changing the bending-tortion ratio (M/T), axial compression ratio, longitudinal reinforcement ratio and spiral reinforcement ratio, respectively. The results show that the bending-torsion coupling effects of piers are more significant, along with the decrease of girder curvature and the increase of pier height. The M/T ratio ranges from 6 to 15 for common cases, and influences the crack distribution, plastic zone and hysteretic curve of piers. And these seismic characteristics are also influenced by the compression ratio, longitudinal reinforcement ratio and spiral reinforcement ratios of piers.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2003.09a
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pp.263-270
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2003
Before the implementation of the 1992 seismic design provisions in Korea, longitudinal steels of RC bridge piers were practically lap-spliced in the plastic hinge region. Experimental investigation was made to evaluate the seismic performance of RC bridge pier specimens in a flexure/shear mode. Six circular test specimens in an aspect ratio of 2.5 (600mm in diameter) were made with test parameters confinement ratio, lap splices, and retrofit FRP materials. They were damaged under a series of artificial earthquakes with 0.22g PGA, being compatible in Korean peninsula, through the pseudo-dynamic test. Probable damages were assessed by the Park and Ang damage index. Approximate 0.1 and 0.3 damage indices were obtained for RC specimens without lap splice and with lap splice, respectively. Directly after the pseudo-dynamic test, damaged test columns were laterally actuated under inelastic reversal cyclic loadings simultaneously under a constant axial load. Through curvature measurements, residual seismic performance was evaluated for test specimens. Test results show that RC pier specimens with lap-spliced appeared to fail at low ductility, but significant improvement was obtained for the ductility of these specimens if externally wrapped with FRP.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.40
no.2
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pp.197-208
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2020
This paper evaluated the optimum Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) using a circular concrete bridge pier subjected to dynamic loading. A three-dimensional finite element model was simulated using finite element program, ABAQUS. Concrete Damage Plasticity (CDP) option and plastic properties of the materials were incorporated to model the non-linearity of the structure. The analyses parameters were changed in length-to-height ratio and width-to-span ratio where columns were subjected to dynamic loading. Numerical analysis was conducted, and the seismic performance of the structures were evaluated by analyzing the ductility behavior of the structure. Results showed that the use of CFRP enhances the structural performance of column and revealed that the increase in length-to-height ratio plays vital role of improving the performance of the structure than the change in width-to-span ratio.
This paper describes the structural behavior and the ultimate strengths of circular hollow steel (CHS) sections based on a series of compression tests. The ultimate strengths of CHS section columns are mainly dependent on both diameter-thickness ratio and column slenderness ratio. For the CHS sections with a high diameter-thickness ratio, an elastic or an inelastic local buckling may occur prior to the overall buckling, and it may decrease the column strength. Test sections were fabricated from SM400 steel plate of 2.8 mm and 3.2 mm in thickness and were tested to failure. The diameter-thickness ratios of the test sections ranged from 45 to 170 to investigate the effect of local buckling on the column strength. The compression tests indicated that the CHS sections of lower diameter-thickness ratio than the yield limit in the current design specifications showed an inelastic local buckling and a significant post-buckling strength in the local mode. Their ultimate stresses were larger than the nominal yield stress. It was known that the allowable stresses of the sections predicted by the Korean Highway Bridge Design Specifications (2005) were too conservative in comparison with test results. The Direct Strength Method which was newly developed was calibrated for application to the CHS sections by the experimental and numerical results. The Direct Strength Method proposed can predict properly the ultimate strength of CHS section columns whether a local buckling and an overall buckling occur nearly simultaneously or not.
The purposes of this study are to verify the existing model and to propose a rational model for the fracture characteristic of reinforcing steel which is manufactured in Korea being subjected to cyclic loading. This investigation deals with modeling of the low-cycle fatigue behavior for longitudinal reinforcement steel of reinforced concrete bridge substructure (piles and columns of piers). The proposed low-cycle model of longitudinal steel is modeled based on 81 experimental data. The non-linear analysis program was developed using the proposed low-cycle model. The non-linear analysis are applied to the 6 circular bridge column test results and the accuracy of proposed model is discussed.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2006.05a
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pp.186-189
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2006
Since the columns with flexure-shear failure have lower ductility than those with flexural failure, shear capacity curve models shall be applied as well as flexural capacity curve in order to determine ultimate displacement for seismic design or performance evaluation. In this paper, a proposed modified shear capacity curve model is compared with the other models such as the CALTRANS model, Aschheim et al.'s model, and Priestley et al.'s model. Four shear capacity curve models are applied to the 4 full scale and 7 small scale circular bridge column test results and the accuracy of each model is discussed. It may not be fully adequate to drive a final decision from the application to the limited number of test results, however the proposed model provides the better prediction of failure mode and ultimate displacement than the other models for the selected column test results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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