International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.10
no.3
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pp.393-406
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2016
Axially loaded reinforced concrete columns are hardly exist in practice due to the development of some bending moments. These moments could be produced by gravity loads or the lateral loads. First, the current paper presents a detailed analysis on the overall structural behavior of 15 eccentrically loaded columns as well as one concentrically loaded control one. Columns bent in either single curvature or double curvature modes are tested experimentally up to failure under the effect of different end eccentricities combinations. Three end eccentricities ratio were studied, namely, 0.1b, 0.3b and 0.5b, where b is the column width. Second, an expression correlated the decay in the normalized axial capacity of the column and the acting end eccentricities was developed based on the experimental results and then verified against the available formula. Third, based on the equivalent column concept, the equivalent pin-ended columns were obtained for columns bent in either single or double curvature modes. And then, the effect of end eccentricity ratio was correlated to the equivalent column length. Finally, a simplified design procedure was proposed for eccentrically loaded braced column by transferring it to an equivalent axially loaded pin-ended slender column. The results of the proposed design procedure showed comparable results against the results of the ACI 318-14 code.
Choi, Seung-Ho;Lee, Deuck Hang;Oh, Jae-Yuel;Kim, Kang Su;Lee, Jae-Yeon;Lee, Kang Seok
Computers and Concrete
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v.20
no.6
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pp.663-670
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2017
The post-tensioned (PT) flat plate slab system is commonly used in practice, and this simple and fast construction method is also considered to be a very efficient method because it can provide excellent deflection and crack control performance under a service load condition and consequently can be advantageous when applying to long-span structures. However, a detailed design guideline for evaluating the lateral behavior of the PT flat plate slab system is not available in current design codes. Thus, typical design methods used for conventional reinforced concrete (RC) flat plate slab structures have inevitably been adopted in practice for the lateral load design of PT flat plate structures. In the authors' previous studies, the unified equivalent frame method (UEFM) was proposed, which considers the combined effect of gravity and lateral loads for the lateral behavior analysis of RC flat plate slab structures. The aim of this study is to extend the concept of the UEFM to the lateral analysis of PT flat plate slab structures. In addition, the stiffness reduction factors of torsional members on interior and exterior equivalent frames were newly introduced considering the effect of post-tensioning. Test results of various PT flat plate slab-column connection specimens were collected from literature, and compared to the analysis results estimated by the extended UEFM.
A strut-and-tie model is introduced in this paper to predict the ultimate shear strength of non-seismically detailed columns. The validity and applicability of the proposed strut-and-tie model are evaluated by comparison with available experimental data. The model was developed based on visible crack patterns observed on the test specimens. The concrete contribution is integrated into the strut-and-tie model through a concept of equivalent transverse reinforcement. To further validate the model a full-scale non-seismically detailed reinforced concrete column was tested to investigate its seismic behavior. The specimen was tested under the combination of a constant axial load, $0.30f_c{^{\prime}}A_g$ and quasi-static cyclic loadings simulating earthquake actions. Quasi-static cyclic loadings simulating earthquake actions were applied to the specimen until it could not sustain the applied axial load. The analytical results reveal that the strut-and-tie method is capable of modeling to a satisfactory accuracy the ultimate shear strength of non-seismically detailed columns subjected to reserved cyclic loadings.
The longitudinal steel connection of reinforced concrete bridge column is sometimes practically unavoidable, however the current Korean bridge design specifications have no special provisions about lap-splices of longitudinal steel. This paper reports experimental results of a research program investigating the seismic performance of circular RC bridge columns with respect to longitudinal steel connection detailing. Twenty-one circular column specimens were tested under quasi-static test. The columns with the entire longitudinal steel lap-spliced within plastic hinge region show relatively sudden strength degradation and low ductility than the columns with continuous longitudinal steel and the columns with half of longitudinal steel lap-spliced. However, the seismic performance of the column with mechanically connected longitudinal steel is similar to that of the column with continuous longitudinal steel. The final objectives of this study are to suggest appropriate longitudinal reinforcement connection details for the limited ductility design concept and to provide quantitative reference data and tendency for performance or damage assessment based on the performance levels such as cracking, yielding, collapse, etc. Ultimate displacement/drift ratio, displacement ductility, response modification factor, equivalent viscous damping ratio, residual deformation index, and effective stiffness are investigated and discussed in this paper.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.16
no.5
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pp.88-97
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2012
The objective of this research is to investigate the seismic performance and flexure-shear behavior of square reinforced concrete bridge piers with solid and hollow cross section. Test specimens were nonseismically designed with the aspect ratio 4.5 Two reinforced concrete columns were tested under constant axial load while subjected to lateral load reversals with increasing drift levels. Longitudinal steel ratio was 2.217 percent. The transverse reinforcement ratio As/($s{\cdot}h$), corresponding to 58 percent of the minimum lateral reinforcement required by Korean Bridge Design Specifications for seismic detailing, which represent existing columns not designed by the current seismic design specifications or designed by limited ductility concept. This study are to provide quantitative reference data for the limited ductility design concept and tendency for performance or damage assessment based on the performance levels such as cracking, yielding, collapse, etc. Failure behavior, ultimate displacement/drift ratio, displacement ductility, response modification factor, equivalent viscous damping ratio, residual deformation, effective stiffness, plastic hinge length, strain of reinforcements and nonlinear analysis are investigated and discussed in this paper.
The bearing mechanism of tunnel-type anchorage (TTA) for suspension bridges is studied. Model tests are conducted using different shapes of plug bodies, which are circular column shape and circular truncated cone shape. The results show that the plug body of the latter shape possesses much larger bearing capacity, namely 4.48 times at elastic deformation stage and 4.54 times at failure stage compared to the former shape. Numerical simulation is then conducted to understand the mechanical and structural responses of plug body and surrounding rock mass. The mechanical parameters of the surrounding rock mass are firstly back-analyzed based on the monitoring data. The calculation laws of deformation and equivalent plastic strain show that the numerical simulation results are rational and provide subsequent mechanism analysis with an established basis. Afterwards, the bearing mechanism of TTA is studied. It is concluded that the plug body of circular truncated cone shape is able to take advantage of the material strength of the surrounding rock mass, which greatly enhances its bearing capacity. The ultimate bearing capacity of TTA, therefore, is concluded to be determined by the material strength of surrounding rock mass. Finally, recommendations for TTA design are proposed and discussed.
Choi, D.H.;Yoo, H.;Shin, J.I.;Park, S.I.;Nogami, K.
Structural Engineering and Mechanics
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v.27
no.4
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pp.477-499
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2007
The main purpose of this paper is to investigate the ultimate behavior of steel cable-stayed bridges with design variables and compare the validity and applicability of computational methods for evaluating ultimate load capacity of cable-stayed bridges. The methods considered in this paper are elastic buckling analysis, inelastic buckling analysis and nonlinear elasto-plastic analysis. Elastic buckling analysis uses a numerical eigenvalue calculation without considering geometric nonlinearities of cable-stayed bridges and the inelastic material behavior of main components. Inelastic buckling analysis uses an iterative eigenvalue calculation to consider inelastic material behavior, but cannot consider geometric nonlinearities of cable-stayed bridges. The tangent modulus concept with the column strength curve prescribed in AASHTO LRFD is used to consider inelastic buckling behavior. Detailed procedures of inelastic buckling analysis are presented and corresponding computer codes were developed. In contrast, nonlinear elasto-plastic analysis uses an incremental-iterative method and can consider both geometric nonlinearities and inelastic material behavior of a cable-stayed bridge. Proprietary software ABAQUS are used and user-subroutines are newly written to update equivalent modulus of cables to consider geometric nonlinearity due to cable sags at each increment step. Ultimate load capacities with the three analyses are evaluated for numerical models of cable-stayed bridges that have center spans of 600 m, 900 m and 1200 m with different girder depths and live load cases. The results show that inelastic buckling analysis is an effective approximation method, as a simple and fast alternative, to obtain ultimate load capacity of long span cable-stayed bridges, whereas elastic buckling analysis greatly overestimates the overall stability of cable-stayed bridges.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.21
no.1
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pp.1-8
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2017
Three small scale hollow circular reinforced concrete columns with aspect ratio 4.5 were tested under cyclic lateral load with constant axial load. Diameter of section is 400 mm, hollow diameter is 200 mm. The selected test variable is transverse steel ratio. Volumetric ratios of spirals of all the columns are 0.302~0.604% in the plastic hinge region. It corresponds to 45.9~91.8% of the minimum requirement of confining steel by Korean Bridge Design Specifications, which represent existing columns not designed by the current seismic design specifications or designed by seismic concept. The longitudinal steel ratio is 2.017%. The axial load ratio is 7%. This paper describes mainly crack behavior, load-displacement hysteresis loop, seismic performance such as equivalent damping ratio, residual displacement and effective stiffness and flexural over-strength of circular reinforced concrete bridge columns with respect to test variable. 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).
Kim, Dae-Young;Lee, Hong-Sung;Chun, Byung-Sik;Jung, Jong-Ju
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.11
no.1
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pp.57-70
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2009
Considerable advance has been made on research on effect of steel pipe Umbrella Arch Method (UAM) and mechanical reinforcement mechanism through numerical analyses and experiments. Due to long analysis time of three-dimensional analysis and its complexity, un-quantitative two-dimensional analysis is dominantly used in the design and application, where equivalent material properties of UAM reinforced area and ground are used, For this reason, development of reasonable, theoretical, quantitative and easy to use design and analysis method is required. In this study, both field UAM tests and laboratory tests were performed in the residual soil to highly weathered rock; field tests to observe the range of reinforcement, and laboratory tests to investigate the change of material properties between prior to and after UAM reinforcement. It has been observed that the increase in material property of neighboring ground is negligible, and that only stiffness of steel pipe and cement column formed inside the steel pipe and the gap between steel pipe and borehole contributes to ground reinforcement. Based on these results and concept of Convergence Confinement Method (CCM), two dimensional axisymmetric analyses have been performed to obtain the longitudinal displacement profile (LDP) corresponding to arching effect of tunnel face, UAM effect and effect of supports. In addition, modified load distribution method in two dimensional plane-strain analysis has been suggested, in which effect of UAM is transformed to internal pressure and modified load distribution ratios are suggested. Comparison between the modified method and conventional method shows that larger displacement occur in the conventional method than that in the modified method although it may be different depending on ground condition, depth and size of tunnel, types of steel pipe and initial stress state. Consequently, it can be concluded that the effect of UAM as a beam in a longitudinal direction is not considered properly in the conventional method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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