Concrete-filled-steel-tubular (CFST) columns have been well proven to improve effectively the strength, stiffness and ductility of concrete members. However, the central part of concrete in CFST columns is not fully utilised under uni-axial compression, bending and torsion. It has small contribution to both flexural and torsion strength, while it can be replaced effectively by steel with smaller area to give similar load-carrying capacity. Also, the confining pressure in CFST columns builds up slowly because the initial elastic dilation of concrete is small before micro-crackings of concrete are developed. From these observations, it is convinced that the central concrete can be effectively replaced by another hollow steel tube with smaller area to form double-skinned concrete-filled-steel-tubular (CFDST) columns. In this study, a series of uni-axial compression tests were carried out on CFDST and CFST columns with and without external steel rings. From the test results, it was observed that on average that the stiffness and elastic strength of CFDST columns are about 25.8% and 33.4% respectively larger than CFST columns with similar equivalent area. The averaged axial load-carrying capacity of CFDST columns is 7.8% higher than CFST columns. Lastly, a theoretical model that takes into account the confining effects of steel tube and external rings for predicting the uni-axial load-carrying capacity of CFDST columns is developed.
This paper numerically investigated the behavior of built-up square concrete-filled steel tubular (CFST) columns under combined preload and axial compression. The finite element (FE) models of target columns were verified in terms of failure mode, axial load-deformation curve and ultimate strength. A full-range analysis on the axial load-deformation response as well as the interaction behavior was conducted to reveal the composite mechanism. The parametric study was performed to investigate the influences of material strengths and geometric sizes. Subsequently, influence of construction preload on the full-range behavior and confinement effect was investigated. Numerical results indicate that the axial load-deformation curve can be divided into four working stages where the contact pressure of curling rib arc gradually disappears as the steel tube buckles; increasing width-to-thickness (B/t) ratio can enhance the strength enhancement index (e.g., an increment of 1.88% from B/t=40 to B/t=100), though ultimate strength and ductility are decreased; stiffener length and lip inclination angle display a slight influence on strength enhancement index and ductility; construction preload can degrade the plastic deformation capacity and postpone the origin appearance of contact pressure, thus making a decrease of 14.81%~27.23% in ductility. Finally, a revised equation for determining strain εscy corresponding to ultimate strength was proposed to evaluate the plastic deformation capacity of built-up square CFST columns.
The lightweight and high strength characteristics of aluminum alloy materials make them have promising prospects in the field of construction engineering. This paper primarily focuses on aluminum alloy materials. Aluminum alloy was combined with concrete, wood and carbon fiber reinforced plastic (CFRP) cloth to create a composite column. The axial compression test was then conducted to understand the mechanical properties of different composite structures. It was found that the pure aluminum tube exhibited poor performance in the axial compression test, with an ultimate load of only 302.56 kN. However, the performance of the various composite columns showed varying degrees of improvement. With the increase of the load, the displacement and strain of each specimen rapidly increased, and after reaching the ultimate load, both load and strain gradually decreased. In comparison, the aluminum alloy-concrete composite column performed better than the aluminum alloy-wood composite column, while the aluminum alloy-wood-CFRP cloth composite column demonstrated superior performance. These results highlight excellent performance potential for aluminum alloy-wood-CFRP composite columns in practical applications.
The effects of slenderness ratio, eccentricity and column slope on the load-carrying capacities and failure modes of variable and uniform concrete filled steel tubular (CFST) latticed columns under axial and eccentric compression were investigated and compared in this study. The results clearly show that all the CFST latticed columns with variable cross section exhibit an overall failure, which is similar to that of CFST latticed columns with a uniform cross section. The load-carrying capacity decreases with the increase of the slenderness ratio or the eccentricity. For 2-m specimens with a slenderness ratio of 9, the ultimate load-carrying capacity is increased by 3% and 5% for variable CFST latticed columns with a slope of 1:40 and 1:20 as compared with that of uniform CFST latticed columns, respectively. For the eccentrically compressed variable CFST latticed columns, the strain of the columns at the loading side, as well as the difference in the strain, increases from the bottom to the cap, and a more significant increase in strain is observed in the cross section closer to the column cap.
축방향 인장 및 압축하중을 받는 점탄성층을 갖는 복합재료 적층보의 동력학적 거동을 해석하였다. 개선된 지그재그 보이론과 지배방정식에 기초한 기하학적 상관식을 이용하여 점탄성층을 갖는 복합재료 적층보를 모델링하였고 이에 기초한 보 유한요소를 개발하였다. 축방향 인장 및 압축하중하의 고유진동수와 감쇠계수는 복소수 유일법을 이용하여 계산하였다. 축방향 인장 및 압축하중이 고유진동수 및 감쇠계수에 미치는 영향을 조사하였다.
This study establishes a numerical analysis model of the finite element overhung rotor supported by a DTRB and describes the stiffness properties of the DTRB. The vibration characteristics and contact pressure of the RBR system are predicted according to the DTRB support characteristics such as the initial axial compression and roller profile. The stiffness of the DTRB significantly varies depending on the initial axial compression and external load owing to the occurrence of rollers under the no-load condition and increase in the Hertz contact force. The increase in the initial axial compression increases the rigidity of the DTRB, thereby reducing the displacement of the RBR system and simultaneously increasing the natural frequency. However, above a certain initial axial compression, the effect becomes insignificant, and an excessive increase in the initial axial compression increases the contact pressure. The roller crowning radius, which gives a curvature in the longitudinal direction of the roller, decreases the displacement of the RBR system and increases the natural frequency as the value increases. However, an increase in the crowning radius increases the edge stress, causing a negative effect in terms of the contact pressure. These results show that the DTRB support characteristics required for reducing the vibration and contact pressure of the RBR system supported by the DTRB can be designed.
The exact solution of strength of reinforced concrete RC columns subjected to axial compression combined with biaxial bending needs trial and adjustment procedure to find the depth and inclination of the neutral axis. Thus, approximate methods of analysis and design for biaxial bending are used in practice. Load contour interprets the relation of biaxial bending and equivalent uniaxial bending by u factor which is related to material properties and column shapes. The purpose of this study is to investigate the behavior of high strength RC columns subjected to the combined axial compression and biaxial bending. Fifteen test specimens with dimensions of 200mm$\times$200mm and 4-Dl3 longitudinal steel were examined. The variable of the test is compressive strength of concrete (350, 585, 650kgf/$cm^{2}$), compression load ratio (0.2$P_{o}}$, 0.35$P_{o}}$, 0.5$P_{o}}$), and inclination of loading ($\theta$=0, 22.5, $45^{\circ}$). Test results of coefficient $\alpha$ depending on the compressive strength of concrete are compared with ACI code.
An experimental study on the stress-strain relation of PVC-CFRP confined reinforced concrete columns subjected to eccentric compression was carried out. Two parameters, such as the CFRP strips spacing and eccentricity of axial load, were considered. The experimental results showed that all specimens failed by compressive yield of longitudinal steel bar and rupture of CFRP strips. The bearing capacity of specimen decreases as the eccentricity or the CFRP strips spacing increases. The stress-strain relation of specimens undergoes two stages: parabolic and linear stages. In the parabolic stage, the slope of stress-strain curve decreases gradually as the eccentricity of axial loading increases while the CFRP strips spacing has little effect on the slope of stress-strain curve. For the linear stage, the slope of stress-strain curve decreases as the eccentricity of axial load or the CFRP strips spacing increases. A model for predicting the stress-strain relation of columns under eccentric compression is proposed and it agrees well with various test data.
Mohamed Hechmi El Ouni;Ali Raza;Bisma Khalid;Afzal Ahmed;Muhammad Sohail Jameel;Yasser Alashker
Structural Engineering and Mechanics
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제86권5호
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pp.687-704
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2023
This study aims to examine the structural response of glass fibre-reinforced polymer (Glass-FRP) reinforced geopolymer electronic waste aggregate concrete (GEWC) compression elements under axial compression for sustainable development. The research includes the fabrication of nine GEWC circular compression elements with different reinforcement ratios and a 3-D nonlinear finite element model using ABAQUS. The study involves a detailed parametric analysis to examine the impact of various parameters on the behavior of GEWC compression elements. The results indicate that reducing the vertical distance of glass-FRP ties improves the ductility of GEWC compression elements, and those with eight longitudinal rebars have higher axial load-carrying capacities. The finite element predictions were in good agreement with the testing results, and the put forwarded empirical model shows higher accuracy than previous models by involving the confinement effect of lateral glass-FRP ties on the axial strength of GEWC compression elements. This research work contributes to minimizing the carbon footprint of cement manufacturing and electronic waste materials for sustainable development.
Energy-saving block and invisible multiribbed frame composite wall (EBIMFCW) is an important shear wall, which is composed of energy-saving blocks, steel bars and concrete. This paper conducted seismic performance tests on six 1/2-scale EBIMFCW specimens, analyzed their failure process under horizontal reciprocating load, and studied the effect of axial compression ratio on the wall's hysteresis curve and skeleton curve, ductility, energy dissipation capacity, stiffness degradation, bearing capacity degradation. A formula for calculating the peak bearing capacity of such walls was proposed. Results showed that the EBIMFCW had experienced a long time deformation from cracking to failure and exhibited signs of failure. The three seismic fortification lines of the energy-saving block, internal multiribbed frame, and outer multiribbed frame sequentially played important roles. With the increase in axial compression ratio, the peak bearing capacity and ductility of the wall increased, whereas the initial stiffness decreased. The change in axial compression ratio had a small effect on the energy dissipation capacity of the wall. In the early stage of loading, the influence of axial compression ratio on wall stiffness and strength degradation was unremarkable. In the later stage of loading, the stiffness and strength degradation of walls with high axial compression ratio were low. The displacement ductility coefficients of the wall under vertical pressure were more than 3.0 indicating that this wall type has good deformation ability. The limit values of elastic displacement angle under weak earthquake and elastic-plastic displacement angle under strong earthquake of the EBIMFCW were1/800 and 1/80, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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