Seismic design of reinforced concrete (RC) structures requires a certain minimum level of flexural ductility. For example, Eurocode EN1998-1 directly specifies a minimum flexural ductility for RC beams, while Chinese code GB50011 limits the equivalent rectangular stress block depth ratio at peak resisting moment to achieve a certain nominal minimum flexural ductility indirectly. Although confinement is effective in improving the ductility of RC beams, most design codes do not provide any guidelines due to the lack of a suitable theory. In this study, the confinement for desirable flexural ductility performance of both normal- and high-strength concrete beams is evaluated based on a rigorous full-range moment-curvature analysis. An effective strategy is proposed for flexural ductility design of RC beams taking into account confinement. The key parameters considered include the maximum difference of tension and compression reinforcement ratios, and maximum neutral axis depth ratio at peak resisting moment. Empirical formulae and tables are then developed to provide guidelines accordingly.
In order to investigate the seismic performance of regionally confined concrete circular column with trapezoid stirrups (TRCCC) under high axial compression ratio, the confinement mechanism of regionally confined concrete was analyzed. Three regionally confined concrete circular columns with trapezoid stirrups were designed, and low cyclic loading tests were conducted at three different axial compression ratios (0.9, 1.1, 1.25) to study the failure mode, hysteresis curve, skeleton curve, deformation capacity, stiffness degradation and energy dissipation capacity of the specimens. The results indicate that the form of regional confinement concrete provides more uniform confinement to the normal confinement, and the confinement efficiency at the edges is 1.4 times that of normal confined concrete. The ductility coefficients of the specimens were all greater than 3 under high axial compression ratios, and the stiffness and horizontal bearing capacity increased with the increase of axial compression ratio. Therefore, it is recommended that the code of design specifications can appropriately relax the axial compression ratio limit for TRCCC. Finally, the spacing between stirrups of TRCCC was analyzed using ABAQUS software. The results showed that as the spacing between the stirrups decreased, the cracking load and peak load of TRCCC increased continuously, but the rate of increase decreases.
Reinforced concrete (RC) columns can be strengthened by direct fastening of steel plates around a column, forming composite actions. This method can increase both the total load bearing area and the concrete confinement stress. To predict the axial load resistance of strengthened RC columns, the equivalent passive confinement stress of the stirrups and the steel jacket should be accurately quantified, which requires the stress in the stirrups and shear force in the connections to be first obtained. In this paper, parameters, i.e., the stress ratio of the stirrups and shear force ratio of steel plate connectors are utilized to quantify the stress of the stirrups and shear force in the connections. A mechanical model for determining the stress ratio of the stirrups and shear force ratio of steel plate connectors is proposed and validated using the experimental results in a previous study. The model is found to be robust. Subsequently, a parametric study is conducted and the optimum stress ratios of the stirrups and the optimum shear force ratios of connectors are proposed for engineering designs.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.4
no.4
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pp.141-148
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2000
Recently the Carbon Fiber Sheet(CFS) is widely used for strengthening damaged RC structures. Strengthening compression members such as column can increase ductility and strength due to the confinement effect. In this experiment, the behavior of concrete cylinders confined by CFS was examined. The confinement pressure is increased linearly as axial stress is increased in low axial stress, and the confinement effect of CFS was rapidly developed after near maximum axial stress, thus axial strength and ductility was improved. As the ratio of CPS is increased, concrete cylinders failed due to local fracture of CFS. The confinement effect of circular section is more efficient than that of rectangular section. And significant improvement of axial strength, axial strain, transverse strain at failure is observed in circular section. This is because in rectangular section the local fracture of CFS near corner may be occured, thus the strain efficiency ratio must be considered for RC structures with CFS.
This paper is a part of a research program to develop a new design method for reinforced concrete bridge columns under seismic loading. The objectives of this paper are to investigate the relationship between ductility and confinement steel amount and to propose a design equation for reinforced concrete bridge columns. Computer program NARCC was used for parametric study, which was proved to provide good and conservative analytical result especially for deformation capacity and ductility factor compared with test result. A total of 7,200 reinforced concrete columns confined with spirals or perfect circular hoops were selected by combination of variables such as section diameter, aspect ratio, concrete compressive strength, yielding strength of longitudinal and confinement steel, longitudinal steel ratio, axial load ratio, and confinement steel ratio. Based on the parametric study a new design equation for confinement steel amount considering ductility demand was proposed, which can be used in the new seismic design method, i.e. ductility-based seismic design, for RC bridge columns.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.28
no.5
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pp.275-283
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2024
Many school buildings are vulnerable to earthquakes because they were built before mandatory seismic design was applied. This study uses machine learning to develop an algorithm that rapidly constructs an optimal reinforcement scheme with simple information for non-ductile reinforced concrete school buildings built according to standard design drawings in the 1980s. We utilize a decision tree (DT) model that can conservatively predict the failure type of reinforced concrete columns through machine learning that rapidly determines the failure type of reinforced concrete columns with simple information, and through this, a methodology is developed to construct an optimal reinforcement scheme for the confinement ratio (CR) for ductility enhancement and the stiffness ratio (SR) for stiffness enhancement. By examining the failure types of columns according to changes in confinement ratio and stiffness ratio, we propose a retrofit scheme for school buildings with masonry walls and present the maximum applicable stiffness ratio and the allowable range of stiffness ratio increase for the minimum and maximum values of confinement ratio. This retrofit scheme construction methodology allows for faster construction than existing analysis methods.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2003.09a
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pp.271-279
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2003
The objective of this study is to evaluate the damage of the reinforced concrete bridge piers. For the purpose of this research, twelve reinforced concrete specimens were fabricated and experimented with quasi-static test method. The selected test parameters are lap splice, axial load ratio, confinement steel ratio and number of loading cycle. The method of evaluate of damage index is the model proposed by Park and Ang. In accordance with this research, the most effective test parameter is lap splice of longitudinal steel. Therefore, the retrofit scheme of reinforced concrete bridge piers with lap splice of longitudinal steel, which was constructed before 1992, must be settled without delay. Otherwise, the effect of axial force is trivial. The more confinement steel is less damage index and more loading cycle lead to raise damage. The damage statement proposed Park and Ang is the same with experimental results.
The objective of this paper is to develop a finite element procedure for predicting the compressive strength and ultimate axial strain of Carbon Fiber Reinforced Plastics (CFRP) confined circular concrete columns and to study the effective parameters of confinement efficiency for helping design of CFRP retrofit technology. The behavior of concrete confined with CFRP is studied using the nonlinear finite element method. In this paper, effects of column size, CFRP volumetric ratio and plain concrete strength are studied. The confined concrete nonlinear constitutive relation, concrete failure criterion and stiffness reduction methodology after concrete cracking or crushing are adopted. First, the finite element model is verified by comparing the numerical solutions of confined concrete with experimental results. Then the effects of column size, CFRP volumetric ratio and plain concrete strength on the peak strength and ductility of the confined concrete are considered. The results of parametric study indicate that the normalized column axial strength increases with increasing CFRP volumetric ratio, but without size effect for columns with the same CFRP volumetric ratio. As the same, the increase in column ductility depends on CFRP volumetric ratio but without size effect for columns with the same CFRP volumetric ratio.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2003.05a
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pp.403-408
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2003
The objective of this study is to understand the variables affected the confinement for the transverse reinforcement of the reinforced concrete structural walls with the T-shaped cross section subjected to cyclic lateral loads. The structural performance of T-shaped walls was advanced by the transverse reinforcement which restrained the concrete subjected to compressive stress. If the arrangement of transverse reinforcement was not suitable for the confinement, T-shaped walls happened the brittle failure by web crushing or bucking of vertical reinforcement at the compression zone. It is necessary to confine transverse reinforcement in order to prevent the these failure. But the location of neutral axis and the magnitude of ultimate strain vary according to the section shape, a ratio of axial load, a ratio of wall cross sectional area to the floor-plan area, an aspect ratio and the reinforcement ratio. Therefore, the objective of this research is to grasp the location of neutral axis and the range which needs for the confinement of transverse reinforcement through the results of the sectional analysis which varies the ratio of axial load and the ratio of vertical reinforcement.
Reactive powder concrete (RPC) is a type of ultra-high strength concrete that has a relatively high brittleness. However, its ductility can be improved by confinement, and the use of RPC in composite RPC filled steel tube columns has become an important subject of research in recent years. This paper aims to present an experimental study of axial capacity calculation of RPC filled circular steel tube columns. Twenty short columns under axial compression were tested and information on their failure patterns, deformation performance, confinement mechanism and load capacity were presented. The effects of load conditions, diameter-thickness ratio and compressive strength of RPC on the axial behavior were further discussed. The experimental results show that: (1) specimens display drum-shaped failure or shear failure respectively with different confinement coefficients, and the load capacity of most specimens increases after the peak load; (2) the steel tube only provides lateral confinement in the elastic-plastic stage for fully loaded specimens, while the confinement effect from steel tube initials at the set of loading for partially loaded specimens; (3) confinement increases the load capacity of specimens by 3% to 38%, and this increase is more pronounced as the confinement coefficient becomes larger; (4) the residual capacity-to-ultimate capacity ratio is larger than 0.75 for test specimens, thus identifying the composite columns have good ductility. The working mechanism and force model of the composite columns were analyzed, and based on the twin-shear unified strength theory, calculation methods of axial capacity for columns with two load conditions were established.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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