Slippage of beam longitudinal reinforcement at beam-column connections is an important cause of damage to reinforced concrete frames under static and dynamic loads, This paper summarizes the results of an experimen¬tal study on the effects of confinements and compressive strength of concrete on the local bond stress-slip cha¬racteristics of deformed bars. I t is concluded from experimental results that, as far as the bond splittmg cracks are restrained by the vertical column reinforcement, confinement of concrete by transverse reinforcement has insignigicant direct effect on the local bond behavior. The ultimate bond strength, however, Increases pro¬portionally with the square root of concrete compressive strength. An empirical model was developed for local bond st ressslip relationslip of deformed bars in confined concrete of different compressive strengths.
The behaviour of concrete confined by transverse reinforcement is a classical topic. Numerous studies have been conducted to establish the stress-strain relationships for concrete under various confining reinforcement arrangements. Many empirical and semi-empirical formulas exist. Simplified analytical models have also been proposed to evaluate the increase in the strength and ductility of confined concrete. However, relatively few studies have been conducted to utilise advanced computational models for a realistic simulation of the behaviour of concrete confined by transverse reinforcement. As a matter of fact, high fidelity simulations using the latest numerical solvers in conjunction with advanced material constitutive models can be a powerful means to investigating the mechanisms underlying the confining effects of different reinforcement schemes. This paper presents a study on the use of high fidelity finite element models for the investigation of the behaviour of concrete confined by stirrups, as well as the interpretation of the numerical results. The development of the models is described in detail, and the essential modelling considerations are discussed. The models are then validated by simulating representative experimental studies on short columns with different confining reinforcement schemes. The development and distribution of the confining stress and the subsequent increase in the axial strength are examined. The models are shown to be capable of reproducing the behaviour of the confined concrete realistically, paving a way for systematic parametric studies and investigation into complicated confinement, load combination, and dynamic loading situations.
In an experimental and analytical study on the structural behavior of slender circular steel-concrete composite columns, eleven specimens were tested to investigate the effects of three ways to apply a load to a column. The load was applied eccentrically to the concrete section, to the steel section or to the entire section. Three-dimensional nonlinear finite element models were established and verified with the experimental results. The analytical models were also used to study how the behavior of the column was influenced by the bond strength between the steel tube and the concrete core and the by confinement of the concrete core offered by the steel tube. The results obtained from the tests and the finite element analyses showed that the behavior of the column was greatly influenced by the method used to apply a load to the column section. When relying on just the natural bond, full composite action was achieved only when the load was applied to the entire section of the column. Furthermore, because of the slenderness effects the columns did not exhibit the beneficial effects of composite behavior in terms of increased concrete strength due to the confinement.
Divyah, N.;Prakash, R.;Srividhya, S.;Sivakumar, A.
Structural Engineering and Mechanics
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v.83
no.3
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pp.387-400
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2022
The practice of using encased steel-concrete columns in medium to high-rise structures has expanded dramatically in recent years. The study evaluates existing methodologies and codal guidelines for estimating the ultimate load-carrying characteristics of concrete-encased short columns experimentally. The present condition of composite column design methods was analyzed using the Egyptian code ECP203-2007, the American Institute of Steel Construction's AISC-LRFD-2010, Eurocode EC-4, the American Concrete Institute's ACI-318-2014, and the British Standard BS-5400-5. According to the codes, the axial load carrying characteristics of both the encased steel and concrete sections was examined. The effect of load-carrying capacities in different forms of encased steel sections on encased steel-concrete columns was studied experimentally. The axial load carrying capacity of twelve concrete-encased columns and four conventional reinforced columns were examined. The conclusion is that the confinement was not taken into account when forecasting the strength and ductility of the encased concrete, resulting in considerable disparities between codal provisions and experimental results. The configuration of the steel section influenced the confining effect. Better confinement is achieved with the laced and battened section than with the infilled steel tube reinforced and conventionally reinforced section. The ECP203-2007 code reported the most conservative results of all the codes used.
Saebyeok, Jeong;Kun-Ho E., Kim;Youngchan, Lee;Dahye, Yoo;Kinam, Hong;Donghyuk, Jung
Earthquakes and Structures
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v.23
no.5
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pp.431-444
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2022
The unique thermomechanical properties of shape memory alloys (SMAs) make it a versatile material for strengthening and repairing structures. In particular, several research studies have already demonstrated the effectiveness of using the heat activated shape memory effect of nickel-titanium (Ni-Ti) based SMAs to actively confine concrete members. Despite the proven effectiveness and wide commercial availability of Ni-Ti SMAs, however, their high cost remains a major obstacle for applications in real structural engineering projects. In this study, the shape memory effect of a new, much more economical iron-based SMA (Fe-SMA) is characterized and the compressive behavior of concrete confined with Fe-SMA strips is investigated. Tests showed the Fe-SMA strips used in this study are capable of developing high levels of recovery stress and can be easily formed into hoops to provide effective active and passive confining pressure to concrete members. Compared to concrete cylinders confined with conventional carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) composites, Fe-SMA confinement yielded significantly higher compressive deformation capacity and residual strength. Overall, the compressive behavior of Fe-SMA confined concrete was comparable to that of Ni-Ti SMA confined concrete. This study clearly shows the potential for Fe-SMA as a robust and cost-effective strengthening solution for concrete structures and opens possibilities for more practical applications.
The axial load on the concrete-filled steel tube (CFT) column produces confinement stress, which enhances strength of the core concrete. The amount of strength increase in concrete depends on the magnitude of produced confinement stress. From nonlinear analyses, the ultimate resisting capacity of the CFT columns subjected to axial loads was calculated. Nonlinear material properties such as Poisson's ratio and stress-strain relation were considered in the suggested model, and the maximum confining stress was obtained by multi axial yield criteria of the steel tube. This proposed model was verified by comparing the analytical results with experimental results. Then, regression analyses were conducted to predict the maximum confining stress according to D/t ratio and material properties without rigorous structural analysis. To ensure the validity of the suggested regression formula, various empirical formulas and Eurocode4 design code were compared.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.9
no.1
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pp.101-111
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2005
In this study, it is investigated the modified modulus of elasticity of the reinforced concrete columns including the longitudinal reinforcing steels as well as the confinement effect of the core concrete due to the transverse reinforced steel through the literature reviews. Equations are derived in order to evaluate the modified modulus of elasticity for the reinforced compressive concrete including the confinement effect. The finite element analysis for the 20 story reinforced concrete building is undertaken as a case study depending on the steel ratio and modulus of elasticity, and the analysis results are discussed.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2002.03a
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pp.258-265
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2002
The recent earthquakes in worldwide have caused extensive damage to highway bridge structures. In particular, it has been demonstrated that concrete columns with inadequate lateral reinforcement contributed to the catastrophic collapse of many bridges. The poor detailing of the starter bars in these columns compounded the problem of seismic deficiency. Therefore, this study has been performed to verify the effect of lap spliced longitudinal steel and confinement steel type for the seismic behavior of reinforced concrete bridge piers. Eight concrete columns were constructed with existing scale as diameter, 1.2m and height, 4.8m. 4 confinement steel types were adopted for seismic performance evaluation. All specimens were rested under inelastic cyclic loading while simultaneously subjected to a constant axial load. The longitudinal steel lap-splice is highly effective in seismic performance deterioration of reinforced concrete bridge piers.
The current study explores the soil-structure interaction (SSI) effect on the potential seismic damage of mid-rise non-seismically designed reinforced concrete frames retrofitted by Fibre Reinforced Polymer (FRP). An 8-storey reinforced concrete frame poorly-confined due to transverse reinforcement deficiency is selected and then retrofitted by FRP wraps to provide external confinement. The poorly-confined and FRP retrofitted frames with/without SSI are modelled using hysteretic nonlinear elements. Inelastic time history and damage analyses are performed for these frames subjected to different seismic intensities. The results show that the FRP confinement significantly reduces one or two damage levels for the poorly-confined frame. More importantly, the SSI effect is found to increase the potential seismic damage of the retrofitted frame, reducing the effectiveness of FRP retrofitting. This finding, which is contrary to the conventionally beneficial concept of SSI governing for decades in structural and earthquake engineering, is worth taking into account in designing and evaluating retrofitted structures.
Kim, Kyoung-Min;Heo, Young-Sun;Lee, Jae-Sam;Jee, Suk-Won;Lee, Seong-Yeun;Han, Cheon-Goo
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2006.05a
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pp.610-613
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2006
This paper is the fundamental study for manufacture of spalling resistance concrete and also analyses the mechanism and spalling resistance method with materials, mixture proportion and lateral confinement. The present work with the basic experiment achieved successful method for spalling resistance using both proper amounts of fiber contents and lateral confinement using metal lath. Moreover, the developed spalling resistance method was applied for full sized column construction in the Doosan We've Poseidon I field, located in Busan city. Authors investigated the physical properties examining workability, placeability and pumpability. These studies are continuously processing to develop new technology expecting remarkable impact on the spalling resistance and fire resistance performance of high-raise building construction in the future.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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