Inaccurate predictions of effective stiffness for reinforced concrete (RC) columns having plain (undeformed) longitudinal rebars may lead to unsafe performance assessment and strengthening of existing deficient frames. Currently utilized effective stiffness models cover RC columns reinforced with deformed longitudinal rebars. A database of 47 RC columns (33 columns had continuous rebars and the remaining had spliced reinforcement) that were longitudinally reinforced with plain rebars was compiled from literature. The existing effective stiffness equations were found to overestimate the effective stiffness of columns with plain rebars for all levels of axial loads. A new approach that considers the contributions of flexure, shear and bond slip to column deflections prior to yielding was proposed. The new effective stiffness formulations were simplified without loss of generality for columns with and without lap-spliced plain rebars. In addition, the existing stiffness models for the columns with deformed rebars were improved while taking poor bond characteristics of plain rebars into account.
Iman Saffarian;Gholam Reza Atefatdoost;Seyed Abbas Hosseini;Leila Shahryari
Computers and Concrete
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제31권6호
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pp.513-525
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2023
This research presents the experimental and theoretical evaluations on circular steel-fiber-reinforced-concrete (SFRC) columns reinforced by glass-fiber-reinforced-polymer (GFRP) rebar under the axial compressive loading. Test programs were designed to investigate and compare the effect of different parameters on the structural behavior of columns by performing tests. Theses variables included conventional concrete (CC), fiber concrete (FC), steel/GFRP longitudinal rebars, and transversal rebars configurations. A total of 16 specimens were constructed and categorized into four groups in terms of different rebar-concrete configurations, including GFRP-rebar-reinforced-CC columns (GRCC), GFRP-rebar-reinforced-FC columns (GRFC), steel-rebar-reinforced-CC columns (SRCC) and steel-rebar- reinforced-FC columns (SRFC). Experimental observations displayed that failure modes and cracking patterns of four groups of columns were similar, especially in pre-peak branches of load-deflection curves. Although the average ultimate axial load of columns with longitudinal GFRP rebars was obtained by 17.9% less than the average ultimate axial load of columns with longitudinal steel rebars, the average axial ductility index (DI) of them was gained by 10.2% higher than their counterpart columns. Adding steel fibers (SFs) into concrete led to the increases of 7.7% and 6.7% of the axial peak load and the DI of columns than their counterpart columns with CC. The volumetric ratio had greater efficiency on peak loads and DIs of columns than the type of transversal reinforcement. A simple analytical equation was proposed to predict the axial compressive capacity of columns by considering the axial involvement of longitudinal GFRP rebars, volumetric ratio, and steel spiral/hoop rebar. There was a good correlation between test results and predictions of the proposed equation.
Girgin, Sadik Can;Misir, Ibrahim Serkan;Kahraman, Serap
International Journal of Concrete Structures and Materials
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제11권2호
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pp.229-245
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2017
Post-earthquake observations revealed that seismic performance of beam-column connections in precast concrete structures affect the overall response extensively. Seismic design of precast reinforced concrete structures requires improved beam-column connections to transfer reversed load effects between structural elements. In Turkey, hybrid beam-column connections with welded components have been applied extensively in precast concrete industry for decades. Beam bottom longitudinal rebars are welded to beam end plates while top longitudinal rebars are placed to designated gaps in joint panels before casting of topping concrete in this type of connections. The paper presents the major findings of an experimental test programme including one monolithic and five precast hybrid half scale specimens representing interior beam-column connections of a moment frame of high ductility level. The required welding area between beam bottom longitudinal rebars and beam-end plates were calculated based on welding coefficients considered as a test parameter. It is observed that the maximum strain developed in the beam bottom flexural reinforcement plays an important role in the overall behavior of the connections. Two additional specimens which include unbonded lengths on the longitudinal rebars to reduce that strain demands were also tested. Strength, stiffness and energy dissipation characteristics of test specimens were investigated with respect to test variables. Seismic performances of test specimens were evaluated by obtaining damage indices.
Ortega, Nestor F.;Rivas, Irene E.;Aveldano, Raquel R.;Peralta, Maria H.
Structural Engineering and Mechanics
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제37권2호
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pp.163-175
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2011
The results of experimental and numerical investigations on reinforced concrete beams, with different longitudinal rebars affected by corrosive processes are presented in this paper. Different diameters and/or different distributions of longitudinal rebars were employed keeping constant the total section in each analyzed case, (maintaining a constant stirrup diameter and distribution). The rebars were subjected to accelerated corrosion in the experimental study. Electrochemical monitoring of the process, periodic measuring of the cover cracking and gravimetry of the rebars were performed through the test. Some building recommendations are obtained in order to be considered by designers of concrete structures. The numerical simulation was carried out through the application of the Finite Element Method (FEM), employing plane models, and using linear-elastic material model. The cracking process was associated with the evolution of the tensile stresses that were originated. This numerical methodology allows the monitoring of the mechanical behavior until the beginning of the cracking.
Bang, Jin Wook;Lee, Bang Yeon;Lee, Byung Jae;Hyun, Jung Hwan;Kim, Yun Yong
Structural Engineering and Mechanics
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제52권4호
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pp.843-855
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2014
Concrete infill and reinforcement are one of the most well-known strengthening methods of structural elements. This study investigated flexural performance of concrete infill composite PHC pile (ICP pile) reinforced by infill concrete and longitudinal rebars in hollow PHC pile. A total four series of pile specimens were tested by four points bending method under simply supported conditions and investigated bending moment experimentally and analytically. From the test results, it was found that although reinforcement of infilled concrete on the pure bending moment of PHC pile was negligible, reinforcement of PHC pile using infilled concrete and longitudinal rebars increase the maximum bending moment with range from 1.95 to 2.31 times than that of conventional PHC pile. The error of bending moment between experimental results and predicted results by nonlinear sectional analysis on the basis of the conventional layered sectional approach was in the range of -2.54 % to 2.80 %. The axial compression and moment interaction analysis for ICP piles shows more significant strengthening effects of infilled concrete and longitudinal rebars.
This study proposes a novel longitudinal self-centering earthquake resistant system for reinforced concrete (RC) continuous bridges by using superelastic shape memory alloy (SMA) reinforcement and friction dissipation mechanism. The SMA reinforcing bars are implemented in the fixed piers to provide self-recentering forces, while the friction dampers are used at the movable substructures like end abutments to enhance the energy dissipation of the bridge system. A reasonable balance between self-centering and energy dissipation capacities should be well achieved by properly selecting the parameters of the SMA rebars and friction dampers. A two-span continuous bridge with one fixed pier and two abutments is chosen as a prototype for illustration. Different longitudinal earthquake resistant systems including the proposed one in this study are investigated and compared. The results indicate that compared with the designs of over-dissipation (e.g., excessive friction) and over-self-centering (e.g., pure SMAs), the proposed system with balanced design between self-centering and energy dissipation would perform satisfactorily in controlling both the peak and residual displacement ratios of the bridge system.
노후 교각은 내진설계가 적용되지 않아 소성힌지구역에 겹침이음이 대다수 존재한다. 철근부식은 철근 단면적 감소 및 겹침이음부의 거동저하를 유발하여 교각의 내진성능을 저하시킨다. 본 연구에서는 이러한 노후교각의 특성에 따라 철근부식, 겹침이음, 내진설계 및 내진 보강 여부를 고려하여 실험체를 설계 및 제작하고 실험을 통해 그 영향을 조사하였다. 실험결과, 겹침이음 또는 철근부식은 변위연성도를 감소시킨다. 내진설계 상세 또는 강판 내진보강을 적용하면 충분한 변위연성도가 확보됨을 확인하였다. 모든 비내진실험체는 소성힌지구역 내의 횡철근 겹침이음부의 풀림으로 인해 주철근 좌굴과 심부콘크리트 압축파쇄가 발생하였다. 내진설계된 실험체는 철근부식에 의한 소성힌지구역 내 횡철근의 단면감소와 갈고리 풀림에 의해 주철근 좌굴 및 심부콘크리트 압축파쇄가 발생하였다.
Khagehhosseini, A.H.;Porhosseini, R.;Morshed, R.;Eslami, A.
Structural Engineering and Mechanics
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제47권2호
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pp.247-263
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2013
It is evident that torsional resistance of a reinforced concrete (RC) member is attributed to both concrete and steel reinforcement. However, recent structural design codes neglect the contribution of concrete because of cracking. This paper reports on the results of an experimental and numerical investigation into the torsional capacity of concrete beams reinforced only by longitudinal rebars without transverse reinforcement. The experimental investigation involves six specimens tested under pure torsion. Each specimen was made using a cast-in-place concrete with different amounts of longitudinal reinforcements. To create the torsional moment, an eccentric load was applied at the end of the beam whereas the other end was fixed against twist, vertical, and transverse displacement. The experimental results were also compared with the results obtained from the nonlinear finite element analysis performed in ANSYS. The outcomes showed a good agreement between experimental and numerical investigation, indicating the capability of numerical analysis in predicting the torsional capacity of RC beams. Both experimental and numerical results showed a considerable torsional post-cracking resistance in high twist angle in test specimen. This post-cracking resistance is neglected in torsional design of RC members. This strength could be considered in the design of RC members subjected to torsion forces, leading to a more economical and precise design.
To explore the feasibility of eliminating the longitudinal rebars and stirrups by using ultra-high-performance fiber reinforcement concrete (UHPFRC) in concrete encased steel composite stub column, compressive behavior of UHPFRC encased steel stub column has been experimentally investigated. Effect of concrete types (normal strength concrete, high strength concrete and UHPFRC), fiber fractions, and transverse reinforcement ratio on failure mode, ductility behavior and axial compressive resistance of composite columns have been quantified through axial compression tests. The experimental results show that concrete encased composite columns with NSC and HSC exhibit concrete crushing and spalling failure, respectively, while composite columns using UHPFRC exhibit concrete spitting and no concrete spalling is observed after failure. The incorporation of steel fiber as micro reinforcement significantly improves the concrete toughness, restrains the crack propagation and thus avoids the concrete spalling. No evidence of local buckling of rebars or yielding of stirrups has been detected in composite columns using UHPFRC. Steel fibers improve the bond strength between the concrete and, rebars and core shaped steel which contribute to the improvement of confining pressure on concrete. Three prediction models in Eurocode 4, AISC 360 and JGJ 138 and a proposed toughness index (T.I.) are employed to evaluate the compressive resistance and post peak ductility of the composite columns. It is found that all these three models predict close the compressive resistance of UHPFRC encased composite columns with/without the transverse reinforcement. UHPFRC encased composite columns can achieve a comparable level of ductility with the reinforced concrete (RC) columns using normal strength concrete. In terms of compressive resistance behavior, the feasibility of UHPFRC encased steel composite stub columns with lesser longitudinal reinforcement and stirrups has been verified in this study.
In this article, the flexural and shear capacity of ultra-high-performance fiber-reinforced concrete beams (UHPFRC) using two kinds of rebars, including GFRP and steel rebars, are experimentally investigated. For this purpose, six UHPFRC beams (250 × 300 × 1650 mm) with three reinforcement ratios (ρ) of 0.64, 1.05, and 1.45 were constructed using 2% steel fibers by volume. Half of the specimens were made of UHPFRC reinforced with GFRP rebars, while the other half were reinforced with conventional steel rebars. All specimens were tested to failure in four-point bending. Both the load-deformation at mid-span and the failure pattern were studied. The results showed that utilizing GFRP bars increases the flexural strength of UHPFRC beams in comparison to those made of steel bars, but at the same time, it reduces the post-cracking strain hardening. Furthermore, by increasing the percentage of longitudinal bars, both the post-cracking strain hardening and load-bearing capacity increase. Comparing the experiment results with some of the available equations and provisions cited in the valid design codes reveals that some of the equations to predict the flexural strength of UHPFRC beams reinforced with conventional steel and GFRP bars are reasonably conservative, while Khalil and Tayfur model is un-conservative. This issue makes it essential to modify the presented equations in this research for predicting the flexural strength of UHPFRC beams using GFRP bars.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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