Journal of the Korea Concrete Institute (콘크리트학회논문집)

Korea Concrete Institute (한국콘크리트학회)
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Long-Term Behavior of Square CFT Columns under Concentric Load

중심축 하중을 받는 각형 CFT 기둥의 장기거동에 관한 연구

  • Kwon Seung-Hee (Dept. of Civil and Environmental Engineering, Korea Advanced Institute of Science and Technology) ;
  • Kim Tae-Hwan (Dongbu Corporation) ;
  • Lee Tae-Gyu (Dept. of Civil and Environmental Engineering, Woosong University) ;
  • Kim Yun-Yong (Dept. of Civil and Environmental Engineering, Korea Advanced Institute of Science and Technology)
  • 권승희 (한국과학기술원 건설 및 환경공학과) ;
  • 김태환 (동부건설(주)) ;
  • 이태규 (우송대학교 건설환경공학과) ;
  • 김윤용 (한국과학기술원 건설 및 환경공학과)
  • Published : 2005.04.01
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Abstract

This paper presents experimental and analytical studies on long-term behavior of square CFT columns under central axial loading. Two loading cases are considered; (1) the load applied only at the inner concrete of the column and (2) the load applied simultaneously on both the concrete and the steel tube. Four specimens of square CFT columns were tested under the two loading cases, and basic creep test for two concrete specimens was performed to find out the creep properties of the inner concrete. Three-dimensional finite element analysis models were established and verified with the experimental results. The verification shows that the prediction for the long-term behavior of actual square CFT columns is possible from the three dimensional finite element modeling considering the bond behavior between steel tube and inner concrete. Also, experimental results and numerical calculations revealed that the bond stress Induced by the confinement pressure as well as the slip between inner concrete and steel tube were increased with time In the first loading case. However, the confinement by the loading Plate was decreased with time while increasing confinement effect by the steel tube was observed over time. In contrast no confinement effects occur in the second loading case.

이 연구에서 중심축 하중을 받는 각형 CFT 기둥의 장기거동에 관한 실험과 해석을 수행하였으며, 이를 통해 각형 CFT 기둥의 장기거동을 예측할 수 있는 방법을 모색하고 그 거동 특성을 파악해 보고자 하였다. 중심축 하중에 대해 두 가지 가압 방법이 고려되었다. 첫째는 콘크리트에만 하중이 가해지는 경우이고, 둘째는 콘크리트와 강관에 동시에 하중이 가해지는 경우이다. 각형 CFT 기둥 실험체에 대한 삼차원 유한요소 모델로 해석을 수행하였으며, 해석결과는 실험결과를 매우 정확히 모사하였다. 따라서 강관과 콘크리트의 부착거동을 고려한 3차원 유한요소 모델링으로부터 실제 각형 CFT 기둥에 대한 장기거동 예측이 가능할 것으로 판단된다. 또한 실험과 해석결과로부터 다음의 거동 특성을 파악하였다. 콘크리트에만 하중이 가해지는 경우 구속압에 의해 유발되는 부착응력은 시간에 따라 증가하며, 강관과 콘크리트 사이의 미끄럼 또한 시간에 따라 증가한다. 강관에 의한 구속압은 시간에 따라 증가하는 반면. 가압판에 의한 구속압은 시간에 따라 감소한다. 강관과 콘크리트에 동시에 하중이 가해지는 경우 강관에 의한 콘크리트의 구속 효과와 미끄럼은 발생하지 않는다.

Keywords

References

  1. 한국강구조학회, '특집기사-CFT 과거.현재.미래', 강구조학회지, 14권 2호, 2002, pp.10-56
  2. Roeder, C. W., Cameron, B., and Brown, C. B., 'Composite Action in Concrete Filled Tubes,' Journal of Structural Engineering, Vol.125, No.5, 1999, pp.477-484 https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9445(1999)125:5(477)
  3. Shams, M. and Saadeghvaziri, M. A., 'State of the art of Concrete-filled Steel Tubular Columns,' ACI Structural Journal, Title no.94-S51, 1997, pp.558-571
  4. Gourley, B., Tort, C., Hajjar, J. F., and Schiller, P. H., 'A Synopsis of Studies of the Monotonic and Cyclic Behaviour of Concrete-Filled Steel Tube Beam-Columns,' Structural Engineering Report No. St-01-04, Version 3.0, Department of Civil Engineering, Institute of Technology, University of Minnesota, Dec. 2001
  5. O'shea, M. D. and Bridge, R. Q., 'The Effects of Local Bucking and Confinement in Concrete-Filled Circular Steel Tubes,' Mechanics of Structures and Materials, Balkema, Rotterdam, 1999, pp.321-525
  6. Johansson, M. and Gulltoff, K, 'Structural Behavior of Selender Circular Steel-Concrete Composite Columns under Various Means of Load Application,' Steel and Composite Structures, Vol.1, No.4, 2001, pp.393-410 https://doi.org/10.12989/scs.2001.1.4.393
  7. Terry, P. J., Bradford, M. A., and Gilbert R. I., 'Creep and Shrinkage in Concrete-Filled Tubes,' Tubular Structures VI. Proc. 6th Int. Symp. On Tubular Structures, Balkema, Rotterdam, 1994, pp.293-298
  8. Morino, S., Kswaguchi, J., and Cao. Z. S., 'Creep Behaviour of Concrete-Filled Steel Tubular Members,' Composite Construction in Steel and Concrete III, Proc Engineering Foundation Conf., Irsee, Germany, 1996, pp.514-525
  9. Nakai, H., 'An Experimental Study on Creep of Concrete-Filled Steel Tubes,' Proc 3rdint. Conf. on Steel-Concrete Composite Structures, 1991, pp.55-60
  10. Bradford M, 'Service-load deformations of concrete-filled RHS columns,' Eighth Int. Symposium on Tubular Structures, Balkema, Singapore, 1998, pp. 425-423
  11. 권승희, 김진근, '중심축 하중을 받는 CFT 기둥의 장기거동에 관한 연구', 콘크리트학회논문집, 13권 1호, 2001, pp. 77-85
  12. Neville, A. M., 'Properties of Concrete: Elasticity, Shrinkage, Creep,' Longman, 1995, pp.412-481
  13. Anson, M. and Newman, K., 'The Effect of Mix Proportions and Method of Testing on Poisson's Ratio for Mortars and Concretes,' Magazine of Concrete Research, Vol.18, No.56, 1966, pp.115-130 https://doi.org/10.1680/macr.1966.18.56.115
  14. CEB-FIP, 'Model Code for Concrete Structures' Thomas Telford, 1990, pp.53-58
  15. Baltay, P. and Gjelsvik, A., 'Coefficient of friction for steel on concreteat high normal stress,' Journal of Materials in Civil Eng, Vol.2, No.2, 1990, pp. 46-49 https://doi.org/10.1061/(ASCE)0899-1561(1990)2:1(46)
  16. Boverket, 'Boverket's Hand Book for Concrete Sturctures', BBK 94, Vol.1, 1994(in Swedish)
  17. 권승희, 김진근, 'CFT 기둥의 부착응력에 관한 연구', 콘크리트학회논문집, 13권 2호, 2001, pp.93-98