Extensive research has been conducted on the basic mechanical property and structural applications of engineered cementitious composites (ECC). Despite the high tensile ductility and high toughness of ECC, transverse steel reinforcement is still necessary to confine ECC for high performance. However, limited research has examined performance of ECC confined with practical amount of transverse reinforcement. This paper presents the results of axial compression tests on 14 square ECC columns and 4 conventional concrete columns (used as control specimens) with transverse reinforcement. The test variables were spacing, configuration (square ties or square and diamond shape ties), and yield strength of stirrups. The test showed that ECC columns confined with steel stirrup had good compressive ductility, and the stirrup spacing had the greatest effect on the compressive performance. The self-confinement effect of ECC results in a more uniform but slower expansion of the whole column compared with CC ones. The test results are then compared against the predictions from a number of existing models for conventional confined concrete. It is indicated that these models fail to predict the axial strains at peak axial stress and the trend of the stress-strain curve of steel stirrups-confined ECC with sufficient accuracy. Several new equations are then proposed for the compressive properties of steel-confined ECC based on test results and potential approaches for future studies are proposed.
Divyah, N.;Prakash, R.;Srividhya, S.;Sivakumar, A.
Structural Engineering and Mechanics
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v.83
no.3
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pp.387-400
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2022
The practice of using encased steel-concrete columns in medium to high-rise structures has expanded dramatically in recent years. The study evaluates existing methodologies and codal guidelines for estimating the ultimate load-carrying characteristics of concrete-encased short columns experimentally. The present condition of composite column design methods was analyzed using the Egyptian code ECP203-2007, the American Institute of Steel Construction's AISC-LRFD-2010, Eurocode EC-4, the American Concrete Institute's ACI-318-2014, and the British Standard BS-5400-5. According to the codes, the axial load carrying characteristics of both the encased steel and concrete sections was examined. The effect of load-carrying capacities in different forms of encased steel sections on encased steel-concrete columns was studied experimentally. The axial load carrying capacity of twelve concrete-encased columns and four conventional reinforced columns were examined. The conclusion is that the confinement was not taken into account when forecasting the strength and ductility of the encased concrete, resulting in considerable disparities between codal provisions and experimental results. The configuration of the steel section influenced the confining effect. Better confinement is achieved with the laced and battened section than with the infilled steel tube reinforced and conventionally reinforced section. The ECP203-2007 code reported the most conservative results of all the codes used.
In this study, circular thin-walled reinforced high strength concrete-filled steel tube (RHSCFST) stub columns with various tube thicknesses (i.e., 1.8, 2.5 and 3.0mm) and reinforcement ratios (i.e., 0, 1.6%, 2.4% and 3.2%) were fabricated to explore the influence of these factors on the axial compressive behavior of RHSCFST. The obtained test results show that the failure mode of RHSCFST transforms from outward buckling and tearing failure to drum failure with the increasing tube thickness. With the tube thickness and reinforcement ratio increased, the ultimate load-carrying capacity, compressive stiffness and ductility of columns increased, while the lateral strain in the stirrup decreased. Comparisons were also made between test results and the existing codes such as AIJ (2008), BS5400 (2005), ACI (2019) and EC4 (2010). It has been found that the existing codes provide conservative predictions for the ultimate load-carrying capacity of RHSCFST. Therefore, an accurate model for the prediction of the ultimate load-carrying capacity of circular thin-walled RHSCFST considering the steel reinforcement is developed, based on the obtained experimental results. It has been found that the model proposed in this study provides more accurate predictions of the ultimate load-carrying capacity than that from existing design codes.
Yang Chen;Zhaowei Jiang;Yingjun Gan;Jun Ye;Yong Yang
Earthquakes and Structures
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v.27
no.4
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pp.251-262
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2024
To improve the seismic behavior of composite column with high strength concrete-filled steel tubular in bridge engineering, four column specimens, including one specimen with vertical prestressing force and three specimens with tri-directional prestressing force, were conducted under low cyclic loading. Test parameters including axial compression ratio, degree of vertical prestressing and existence of prestressed steel strips were emphatically analyzed. Experimental results revealed that applying tri-directional prestressing force to column with high strength concrete-filled steel tubular produced more beneficial behavior in terms of ductility, energy-dissipation and self-centering capacity over that of specimens only with vertical prestress. Moreover, ultimate bearing capacity of composite column was improved with increase of degree of vertical prestress and external axial force, while ductility would be reduced. External axial force showed slight influence on the self-centering behavior. Finally, a calculation equation for predicting the shear capacity of the tri-directional prestressed composite column was proposed and the accuracy of the calculated results validated by experimental data.
Due to the asymmetric cross-section of unequal-angle steel, the application of loads can induce axial rotation, leading to a series of buckling failure behaviors. Special attention must be paid during the design process. The present study aims to analyze the structural behavior of asymmetric steel angle members under various eccentric loading conditions, considering the complex biaxial bending interaction that arises when the angle steel is connected to the panel. Several key factors are investigated in this paper, including the effects of uniaxial and biaxial eccentricity on the structural behavior and the eccentric axial compression strength of long and short legs at different load application points. Potential risks associated with the specified load points, based on the AISC specifications, are also discussed. The study observed that the strength values of the members exhibited significant changes when the eccentric load deviates from the specified point. The relative position of the eccentric load point and the slenderness ratio of the member are critical influencing factors. Overall, this research intends to enhance the accuracy and reliability of strength analysis methods for asymmetric single angle steel members, providing valuable insights and guidance for a safer and more efficient design.
Purpose: The aim of this study is to evaluate if the Ilizarov external fixation procedure with axial compression can help to obtain fusion across the ankle joint in patients with a high risk of nonunion. Materials and Methods: From January 2006 to December 2015, the study reviewed 17 patients who underwent ankle arthropathy with a high risk of nonunion and who underwent ankle fusion using the Ilizarov external fixator with axial compression and auto bone grafting. After the lateral surface of the ankle joint was exposed through a lateral trans-fibular approach, massive removal of the articular cartilage and excision of any loose or avascular bone were done. With the cortical bone harvested from the pelvis as corticocancellous bone blocks, we inserted the two cortical blocks longitudinally into the anterior and posterior part of the free ankle space from lateral to medial to make the rectangular chamber to fill the cancellous bones. After the Ilizarov external fixator was equipped, we tightened the frame by 5 mm to compress the bone graft space. We accessed the American Orthopaedic Foot and Ankle Society (AOFAS) AnkleHindfoot score both preoperatively and postoperatively. Results: The average age at the time of operation was 63.4 years (range, 47~78 years). The mean frame time was 17.4 weeks (range, 15~23 weeks). The average follow-up period was 3.7 years (range, 2~6 years). Osseous fusion was obtained in 15 patients (88.2%). There were two stable pseudarthroses among the rheumatoid arthritis patients, and we continued their follow-up. The mean AOFAS AnkleHindfoot score improved from 48.5 to 73.7 points. Conclusion: Ankle arthrodesis using the Ilizarov external fixation with axial compression and auto bone grafting on the ankle arthropathy that had difficult conditions to achieve union is considered one of the useful methods with a correspondingly low incidence of complications.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.22
no.2
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pp.617-624
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2021
Concrete-filled steel tubular columns can improve the strength and deformation capacity of structures, thereby enabling the development of efficient structures. The Korean design standard (KDS41) regarding concrete-filled steel tubular structures, established by the architectural institute of Korea in 2005, was revised in 2009 and 2016. The objective was to understand the compressive strengths and deformation capacity of stub columns for concrete-filled square steel tubes under uniaxial compression and validate the KDS41's standard code for necessary corrections. Experiments were conducted on 26 specimens with parameters, such as the width-thickness ratio of cold-formed square tubes. The following values of the stub columns for concrete-filled square steel tubes were obtained: compressive strengths, relationship between the axial load and axial displacement, and failure modes. An analysis of these results enabled an understanding of the concrete-filled effect and the influence of the wide-thickness ratio. The compressive strengths of filled concrete saw a 9% increase compared to a state of uniaxial stress, which must be noted in a future edition of KDS41. After benchmarking the results regarding square steel tubes generated by cold forming to the guidelines provided by the KDS41, the KDS41's value of 2.26 for the limiting width-to-thickness ratio for the compact section was found to be inflated. With a safety concern, this paper proposes a more conservative value of 1.35.
This study explores the lateral deflections of diagonal braces in concentrically-braced earthquake-resisting frames. The performance of this widely-used system is often compromised by the flexural buckling of slender braces in compression. In addition to reducing the compressive resistance, buckling may also cause these members to undergo sizeable lateral deflections which could damage surrounding structural components. Different approaches have been used in the past to predict the mid-length lateral deflections of cyclically loaded steel braces based on their theoretical deformed geometry or by using experimental data. Expressions have been proposed relating the mid-length lateral deflection to the axial displacement ductility of the member. Recent experiments were conducted on hollow and concrete-filled circular hollow section (CHS) braces of different lengths under cyclic loading. Very slender, concrete-filled tubular braces exhibited a highly ductile response, undergoing large axial displacements prior to failure. The presence of concrete infill did not influence the magnitude of lateral deflection in relation to the axial displacement, but did increase the number of cycles endured and the maximum axial displacement achieved. The corresponding lateral deflections exceeded the deflections observed in the majority of the previous experiments that were considered. Consequently, predictive expressions from previous research did not accurately predict the mid-height lateral deflections of these CHS members. Mid-length lateral deflections were found to be influenced by the member non-dimensional slenderness (${\bar{\lambda}}$) and hence a new expression was proposed for the lateral deflection in terms of member slenderness and axial displacement ductility.
In the conventional axial load transfer analysis for composite piles (i.e., steel pipe pile filled with concrete), it was assumed that the concrete's strain is same as the measured steel's strain and the elastic modulus of the steel and the concrete calculated by formular as prescribed by specification is used in calculation of pile axial load. But, the pile axial load calculated by conventional method had some difference with the actual pile load. So, the behavior of a composite pile could not be analyzed exactly. Thus, the necessity to measure the strain for each pile components was proposed. In this study, the verification test for DRS (Deformable Rod Sensor) developed to measure the strain of each pile component (i.e., the steel and the concrete) was performed. In the calculation of pile axial load using the DRS, elastic modulus of concrete could be determined by the uniaxial compression test for the concrete cylinder samples made in the test site and an average tangential modulus in the stress range of (0.2∼0.6)f$_ck$ was taken.
Shahraki, Mehdi;Sohrabi, Mohammad Reza;Azizyan, Gholam Reza;Narmashiri, Kambiz
Structural Engineering and Mechanics
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v.67
no.2
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pp.207-217
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2018
In past years, numerous problems have vexed engineers with regard to buckling, corrosion, bending, and overloading in damaged steel structures. This article sets out to investigate the possible effects of carbon fiber reinforced polymer (CFRP) and steel plates for retrofitting deficient steel square hollow section (SHS) columns. The effects of axial loading, stiffness, axial displacement, the position and shape of deficient region on the length of steel SHS columns, and slenderness ratio are examined through a detailed parametric study. A total of 14 specimens was tested for failure under axial compression in a laboratory and simulated using finite element (FE) analysis based on a numerical approach. The results indicate that the application of CFRP sheets and steel plates also caused a reduction in stress in the damaged region and prevented or retarded local deformation around the deficiency. The findings showed that a deficiency leads to reduced load-carrying capacity of steel SHS columns and the retrofitting method is responsible for the increase in the load-bearing capacity of the steel columns. Finally, this research showed that the CFRP performed better than steel plates in compensating the axial force caused by the cross-section reduction due to the problems associated with the use of steel plates, such as in welding, increased weight, thermal stress around the welding location, and the possibility of creating another deficiency by welding.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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