In the present paper a mechanical model to predict the compressive response of high strength short concrete columns with square cross-section confined by transverse steel is presented. The model allows one to estimate the equivalent confinement pressures exercised by transverse steel during the loading process taking into account of the interaction of the stirrups with the inner core both in the plane of the stirrups and in the space between two successive stirrups. The lateral pressure distributions at hoop levels are obtained by using a simple model of elastic beam on elastic medium simulating the interaction between stirrups and concrete core, including yielding of steel stirrups and damage of concrete core by means of the variation in the elastic modulus and in the Poisson's coefficient. Complete stress-strain curves in compression of confined concrete core are obtained considering the variation of the axial forces in the leg of the stirrup during the loading process. The model was compared with some others presented in the literature and it was validated on the basis of the existing experimental data. Finally, it was shown that the model allows one to include the main parameters governing the confinement problems of high strength concrete members such as: - the strength of plain concrete and its brittleness; - the diameter, the pitch and the yielding stress of the stirrups; - the diameter and the yielding stress of longitudinal bars; - the side of the member, etc.
An experimental study was conducted to investigate the effectiveness of transverse reinforcement in reinforced concrete tied columns subjected to monotonically increasing axial compression. Eighteen large-scale columns(260$\times$260$\times$1200 mm) were tested. Effects of main variables such as the concrete compressive strength, the tie configuration, the transverse reinforcement ratio, the tie spacing, and the spatting of the concrete cover were considered. High-strength concrete columns under concentric axial loads show extremely brittle behavior unless the columns are confined with transverse reinforcement that can provide sufficiently high lateral confinement pressure There is a consistent decrease in deformability of column specimen with increasing concrete strength. Test results were compared with the previous confinement model such as modified Kent-Park, Sheikh-Uzumeri, Mander, and Saatcioglu-Razvi model. The comparison indicates that many previous models for confined concrete overestimate or underestimate the ductility of confined concrete.
Won, Deok Hee;Han, Taek Hee;Park, Jong Sup;Kim, Young Jong
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.21
no.5
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pp.461-470
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2009
A column resisting axial load and seismic load is one of the main members in a structural system. The heated column by event of a fire can lose its strength and it may damage its structural system or cause the collapse of the entire structural system. In this study, the fire resistance capacity of internally confined hollow concrete filled tube (ICH CFT) column was investigated. In an ICH CFT column, the yield strength of the external tube is important as a concrete filled tube (CFT) column because the external tube confines the filled concrete and the strength of the column depends on the confined effect. A study was performed by finite element analyses considering the confined effect and material nonlinearity as the temperature changes by the fire. The hollow ratio, the thickness of the external tube, and the strength of concrete were selected as the parameters for the analyses. The analyses were performed by using a commercial FEA program (ABAQUS) and nonlinear concrete model program. The analysis results showed that the hollow ratio and the strength of concrete mainly affect the fire resisting capacity of an ICH CFT column.
An experimental study has been carried out on square plain concrete (PC) and reinforced concrete (RC) columns strengthened with carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) sheets. A total of 78 specimens were loaded to failure in axial compression and investigated in both axial and transverse directions. Slenderness of the columns, number of wrap layers and concrete strength were the test parameters. Compressive stress, axial and hoop strains were recorded to evaluate the stress-strain relationship, ultimate strength and ductility of the specimens. Results clearly demonstrate that composite wrapping can enhance the structural performance of square columns in terms of both maximum strength and ductility. On the basis of the effective lateral confining pressure of composite jacket and the effective FRP strain coefficient, new peak stress equations were proposed to predict the axial strength and corresponding strain of FRP-confined square concrete columns. This model incorporates the effect of the effective circumferential FRP failure strain and the effect of the effective lateral confining pressure. The results show that the predictions of the model agree well with the test data.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.4
no.3
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pp.13-21
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2013
In this study, uniaxial compression tests were performed to investigates the stress-strain relations of Double Skinned Composite Tubular Columns reinforced with steel tube. The confined concrete has been known as the strength of concrete increases significantly. Specimens reinforced with outer and inner steel tube were tested by uniaxial compression test. To investigate the influence of concrete strength increase by confining conditions in steel tubes, 8 specimens with different thickness of tube, hollowness ratio and concrete strength were tested and compared with other researcher's concrete material model.
Utilizing composite members in structures has been considered by many researchers in the past few decades. Using FRP can be very effective owing to its excessively high-tensile strength, which compensate concrete weak performance in tension. In this research, the studied composite beam includes a GFRP semi-confined trapezoidal section covered by GFRP and concrete layers. To assess the bearing capacity, a finite-element model of a composite beam subjected to displacement control loading has been developed and the results were validated using experimental results found throughout the literature. Several parameters affecting the bending performance and behavior of the semi-confined beam have been investigated in this study. Some of these parameters included the thickness of GFRP trapezoidal section members, concrete layer thickness, GFRP layer thickness and the confinement degree of the beam. The results revealed that the beam confinement had the highest effect on the bearing capacity due to prevention of separation of concrete from GFRP which causes the failure of the beam. From the results obtained, an optimal model of primary beam section has been introduced, which provides a higher bearing capacity with the same volume of materials used in the original beam section.
The three-dimensional behavior of confined concrete was investigated, including strength enhancement due to triaxial compressive stresses, lateral expansion, compression softening, cover spalling and post-peak ductility. A finite element program based on a nonlinear elasticity methodology was employed to evaluate the ability to model triaxial behavior of reinforced concrete (RC) by combining constitutive models proposed by several researchers. The capability of compression field based models to reproduce the softening behavior of lightly cracked confined concrete was also investigated. Data from tested specimens were used to evaluate the validity of the formulations. Good agreement with the experimental results was obtained.
A nonlinear finite element model (FEM) using ATENA-3D software to simulate the axially compressive behavior of circular steel tube confined concrete (CSTCC) columns infilled with ultra high performance concrete (UHPC) was presented in this paper. Some modifications to the material type "CC3DNonlinCementitious2User" of UHPC without and with the incorporation of steel fibers (UHPFRC) in compression and tension were adopted in FEM. The predictions of utimate strength and axial load versus axial strain curves obtained from FEM were in a good agreement with the test results of eighteen tested columns. Based on the results of FEM, the load distribution on the steel tube and the concrete core was derived for each modeled column. Furthermore, the effect of bonding between the steel tube and the concrete core was clarified by the change of friction coefficient in the material type "CC3DInterface" in FEM. The numerical results revealed that the increase in the friction coefficient leads to a greater contribution from the steel tube, a decrease in the ultimate load and an increase in the magnitude of the loss of load capacity. By comparing the results of FEM with experimental results, the appropriate friction coefficient between the steel tube and the concrete core was defined as 0.3 to 0.6. In addition to the numerical evaluation, eighteen analytical models for confined concrete in the literature were used to predict the peak confined strength to assess their suitability. To cope with CSTCC stub and intermediate columns, the equations for estimating the lateral confining stress and the equations for considering the slenderness in the selected models were proposed. It was found that all selected models except for EC2 (2004) gave a very good prediction. Among them, the model of Bing et al. (2001) was the best predictor.
Ferrotto, Marco F.;Cavaleri, Liborio;Trapani, Fabio Di
Computers and Concrete
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v.22
no.2
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pp.143-152
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2018
This paper deepens the finite element modeling (FEM) method to reproduce the compressive behavior of partially steel-jacketed (PSJ) RC columns by means of the Concrete Damaged Plasticity (CDP) Model available in ABAQUS software. Although the efficiency of the CDP model is widely proven for reinforced concrete columns at low confining pressure, when the confinement level becomes high the standard plasticity parameters may not be suitable to obtain reliable results. This paper deals with these limitations and presents an analytically based strategy to fix the parameters of the Concrete Damaged Plasticity (CDP) model. Focusing on a realistic prediction of load-bearing capacity of PSJ RC columns subjected to monotonic compressive loads, a new strain hardening/softening function is developed for confined concrete coupled with the evaluation of the dilation angle including effects of confinement. Moreover, a simplified efficient modeling approach is proposed to take into account also the response of the steel angle in compression. The prediction accuracy from the current model is compared with that of existing experimental data obtained from a wide range of mechanical confinement ratio.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.9
no.2
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pp.207-216
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2005
External confinement by CFS (Carbon Fiber Sheet) is a very effective retrofit method for the reinforced concrete columns subject to either static or seismic loads. For the reliable and cost-effective design of CFS, an accurate stress-strain model is required for CFS-confined concrete. In this paper, uniaxial compression test on short RC column with square section was performed. To evaluate the effect of confinement on the stress-strain relationship of CFS-confined concrete, CFS area ratio and tie area ratio are considered. Based on the experimental results, a stress-strain model is proposed for concrete confined by CFS wraps. In the development of the model, the method to compute the actual hoop strains in CFS jackets at the rupture was examined and resolved. Overall, the results of the model agree well with test data.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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