The ACI building code is allowing for higher strength reinforcement and concrete compressive strengths. The nominal strength of high-strength concrete columns is over predicted by the current ACI 318 rectangular stress block and is increasingly unconservative as higher strength materials are used. Calibration of a rectangular stress block to address this condition leads to increased computational complexity. A triangular stress block, derived from the general shape of the stress-strain curve for high-strength concrete, provides a superior solution. The nominal flexural and axial strengths of 150 high-strength concrete columns tests are calculated using the proposed stress distribution and compared with the predicted strength using various design codes and proposals of other researchers. The proposed triangular stress model provides similar level of accuracy and conservativeness and is easily incorporated into current codes.
The ductility is an important consideration in the design of reinforced concrete structures. In the seismic design of reinforced concrete columns, it is necessary to allow for relatively large ductilities that the seismic energy be absorbed without shear failure of significant strength degradation after the reinforcement yielding in columns. Therefore, prediction of the ductility should be as accurate as possible. This research investigate the ductile behavior of rectangular reinforced high-strength concrete columns like as bridge piers with confinement steel. The effects on the ductility of axial load, lateral reinforcement ratio, longitudinal reinforcement ratio, shear span ratio, and compressive strength of concrete were investigated analytically using layered section analysis. as the results, it was proposed the proper relationship between ductility and variables and formulated into equations.
Geopolymer concrete (GPC), which is recognised as an environmentally friendly alternative to ordinary Portland cement (OPC) concrete, has been reported to possess high fire resistance. However, very limited research has been conducted to investigate the behaviour of geopolymer concrete-filled steel tubular (GCFST) columns at either ambient or elevated temperatures. This paper presents the compressive test results of a total of 15 circular concrete-filled steel tubular (CFST) stub columns, including 5 specimens tested at room temperature, 5 specimens tested at elevated temperatures and the remaining 5 specimens tested for residual strength after exposure to elevated temperatures. The main variables in the test program include: (a) concrete type; (b) concrete strength; and (c) curing condition of geopolymer concrete. The test results demonstrate that GCFST columns have similar ambient temperature behaviour compared with the conventional CFST counterparts. However, GCFST columns exhibit better fire resistance than the conventional CFST columns. Meanwhile, it is found that the GCFST column made with heat cured GPC has lower strength loss than other columns after exposure to elevated temperatures. The research results highlight the possibility of using geopolymer concrete to improve the fire resistance of CFST columns.
In this study, an experimental study is performed to understand the effect of spalling on the structural behavior of fire damaged steel reinforced high strength concrete (SRHSC) columns, and the test results of temperature distributions and the displacements at elevated temperature are analyzed. Toward this goal, three long columns are tested to investigate the effect of various test parameters on structural behavior during the fire, and twelve short columns are tested to investigate residual strength and stiffness after the fire. The test parameters are mixture ratios of polypropylene fiber (0 and 0.1 vol.%), magnitudes of applied loads (concentric loads and eccentric loads), and the time period of exposure to fire (0, 30, 60 and 90 minutes). The experimental results show that there is significant effect of loading on the structural behaviors of columns under fire. The loaded concrete columns result more explosive spalling than the unloaded columns under fire. In particular, eccentrically loaded columns are severely spalled. The temperature distributions of the concrete are not affected by the loading state if there is no spalling. However, the loading state affects the temperature distributions when there is spalling occurred. In addition, it is found that polypropylene fiber prevents spalling of both loaded and unloaded columns under fire. From these experimental findings, an equation of predicting residual load capacity of the fire damaged column is proposed.
Pons, David;Espinos, Ana;Albero, Vicente;Romero, Manuel L.
Steel and Composite Structures
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제26권6호
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pp.705-717
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2018
This paper presents a numerical investigation on the mechanical performance of concrete-filled dual steel tubular columns of circular section subjected to concentric axial load. A three-dimensional numerical model is developed and validated against a series of experimental tests. A good agreement is obtained between the experimental and numerical results, both in the peak load value and in the ascending and descending branches of the load-displacement curves. By means of the numerical model, a parametric study is carried out to investigate the influence of the main parameters that determine the axial capacity of double-tube columns, such as the member slenderness, inner and outer steel tube thicknesses and the concrete grade - of both the outer concrete ring and inner core -, including ultra-high strength concrete. A total number of 163 numerical simulations are carried out, by combining the different parameters. Specific indexes are defined (Strength Index, Concrete-Steel Contribution Ratio, Inner Concrete Contribution Ratio) to help rating the relative mechanical performance of dual steel tubular columns as compared to conventional concrete-filled steel tubular columns, and practical design recommendations are subsequently given.
This paper presents the behaviors of reinforced concrete columns under high temperature. When columns are exposed high temperature, temperature distribution of a section becomes nonlinear and it is calculated by using finite difference method(F.D.M). The interaction curves show the strength of columns at various exposure times. The strength of columns decreases according to the increase of the exposure time and the decrease of concrete cover.
In recent years, concrete-filled box or tubular columns have been commonly used in high-rise buildings. However, a number of fire test results show that there are significant differences between high strength concrete (HSC) and normal strength concrete (NSC) after being subjected to high temperatures. Therefore, this paper presents an investigation on the fire resistance of HSC filled steel tubular columns (CFTCs) under combined temperature and loading. Two groups of full-size specimens were fabricated to consider the effect of type of concrete infilling (plain and reinforced) and the load level on the fire resistance of CFTCs. Prior to fire test, a constant compressive load (i.e., load level for fire design) was applied to the column specimens. Thermal load was then applied on the column specimens in form of ISO 834 standard fire curve in a large-scale laboratory furnace until the set experiment termination condition was reached. The results demonstrate that the higher the axial load level, the worse the fire resistance. Moreover, in the bar-reinforced concrete-filled steel tubular columns, the presence of rebars not only decreased the spread of cracks and the sudden loss of strength, but also contributed to the load-carrying capacity of the concrete core.
한국지진공학회 2001년도 추계 학술발표회 논문집 Proceedings of EESK Conference-Fall 2001
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pp.423-430
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2001
This research was conducted to investigate the seismic behavior and ductility of circular spiral reinforcement concrete bridge columns used in high strength concrete. The experimental variables consisted of transverse steel amount and spacing, different axial load levels. From the test results, sufficient displacement ductility(at least 5.5) was observed for the columus which was satisfied wi th the requirement confinement steel amount of the Korean Bridge Design Specification. In case of the columns with 50 MPa of concrete compressive strength, the columns wi th 80 % of the confinement steel amount requirement showed adequate displacement ductility(at least 6.5) under 0.2 of axial load level. And in case of the columns with 60.2 77a of concrete compressive strength, the columns with 44 \ulcorner of the confinement steel requirement provided adequate displacement ductilit under less than 0.1 of axial load level and the columns with 0.22 % provided showed comparatively high the ducti1iffy under 0.21 of axial load level.
An experimental research was conducted to investigate the strength of biaxially loaded short and slender reinforced concrete columns with high strength concrete. In the study, square and L-shaped section reinforced concrete columns were constructed and tested to obtain the load-deformation behaviour and strength of columns. The test results of column specimens were analysed with a theoretical method based on the fiber element technique. The theoretical ultimate strength capacities and the test results of column specimens have been compared and discussed in the paper. Besides this, observed failure mode and experimental and theoretical load-lateral deflection behaviour of the column specimens are presented.
This paper is a part of a research plan aimed at the verification of basic design rules of high-strength concrete columns. A total of 19 slender column specimens were tested to measure secondary moment and stiffness of eccentrically loaded reinforced concrete tied columns. Main variables included in this test program were concrete compressive strength, steel amount, eccentricity, and slenderness ratio. The concrete compressive strength varied from 356kg/$\textrm{cm}^2$ to 951kg/$\textrm{cm}^2$, the longitudinal steel ratios were between 1.13% and 5.51%, and slenderness ratios were 40 and 61. Calculated moment magnification factors and column stiffness based on design codes are higher than the test results for high axial load under small eccentricity, for higher slenderness ratio, for lower longitudinal steel ratio, and for high-strength concrete. The moment magnification method of the current design codes may provide a very conservative design for high-strength concrete slender column.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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