In this paper, quasi-static tests were carried out on three prefabricated reinforced concrete column-steel beam (RCS) sub-assemblages with floor slabs and one comparison specimen without floor slab. The effects of axial compression and floor slab on the seismic performance were studied, and finite element simulations were conducted using ABAQUS. The results showed that the failure of prefabricated RCS sub-assemblages with floor occurred as a joint beam and column failure mode, while failure of sub-assemblages without floor occurred due to beam plastic hinge formation. Compared to the prefabricated RCS sub-assemblages without floor slab, the overall stiffness of the sub-assemblages with floor slab was between 19.2% and 45.4% higher, and the maximum load bearing capacity increased by 26.8%. However, the equivalent viscosity coefficient was essentially unchanged. When the axial compression ratio increased from 0.24 to 0.36, the hysteretic loops of the sub-assemblages with floor became fuller, and the load bearing capacity, ductility, and energy dissipation capacity increased by 12.1%, 12.9% and 8.9%, respectively. Also, the initial stiffness increased by 10.2%, but the stiffness degradation accelerated. The proportion of column drift caused by beam end plastic bending and column end bending changed from 35% and 46% to 47% and 36%, respectively. Comparative finite element analyses indicated that the numerical simulation outcomes agreed well with the experimental results.
A wide range of experimental bases and improved performance with different forms of Fiber Reinforced Polymer (FRP) have attracted researchers to produce eco-friendly and sustainable structures. The reinforced concrete (RC) beam's shear capacity has remained a complex phenomenon because of various parameters affecting. Design recommendations for the shear capacity of RC elements having FRP reinforcement need a more experimental database to improve design recommendations because almost all the recommendations replace different parameters with FRP's. Steel and FRP are fundamentally different materials. One is ductile and isotropic, whereas the other is brittle and orthotropic. This paper presents experimental results of the investigation on the beams with glass fiber reinforced polymer (GFRP) reinforcement as longitudinal bars and stirrups. Total twelve beams with GFRP reinforcement were prepared and tested. The cross-section of the beams was rectangular of size 230 × 300 mm, and the total length was 2000 mm with a span of 1800 mm. The beams are designed for simply-supported conditions with the two-point load as per specified load positions for different beams. Flexural reinforcement provided is for the balanced conditions as the beams were supposed to test for shear. Two main variables, such as shear span and spacing of stirrups, were incorporated. The beams were designed as per American Concrete Institute (ACI) ACI 440.1R-15. Relation of VExp./VPred. is derived with axial stiffness, span to depth ratio, and stirrups spacing, from which it is observed that current design provisions provide overestimation, particularly at lower stirrups spacing.
This paper presents compression capacity of transfer system in pilotis subjected to axial load. Recently, transfer system is usually used in low floors of wall-typed apartments when members' sections are suddenly changed between upper walls and bottom columns. It can help transfer loads from the walls to the columns. Especially, a transfer girder system is usually used as one of transfer systems applied to a pilotis. However, the transfer girder system has low constructability and economics. Therefore, the other transfer system with transfer slab was suggested and has been studied. In this paper, to evaluate the compression capacity of transfer slab, tests were conducted on pilotis transfer slab systems subjected to axial load. First of all, two specimens were determined by FEM. The main parameter is length of the bottom columns. The lengh of the bottom columns were 40% and 50% of length of upper walls in the tranfer slab specimens. Results showed that the compression capacity of piloti transfer systems subjected to axial load was affected by length of bottom columns. The compression capacity is 52% higher than design strength for specimen with the bottom column's length of 40% of length of the upper wall and 46% for specimen with the bottom column's length of 50% of length of the upper wall.
van Jaarsveldt, W.J.;Walls, R.S.;van der Klashorst, E.
International journal of steel structures
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v.18
no.5
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pp.1483-1496
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2018
Negligible research has been conducted to date on how to analyse weakened columns, thus safety risks are still involved when structures are weakened prior to demolition. There are various methods available for demolishing steel structures. One of the most effective methods that has been developed involves pre-cutting steel columns at a certain height, so that the least effort can be used to collapse the structure by means of pulling out some of the columns. This paper presents (a) an experimental setup developed to test the capacity of axially loaded weakened columns, which is used to (b) validate a finite element (FE) model. The two pre-cuts that are presented in this paper are (1) the double window cut and (2) the triangular window cut, which are both commonly used in industry. A column weakened with a double window cut or triangular window cut reduces the axial load capacity by up to 50 and 40%, respectively. The FE models developed predict the axial failure load of weakened columns for a double window cut and triangular window cut are generally within an accuracy of less than 8 and 10%, respectively. It is shown at higher slendernesses the influence of column cuts is less than would be intuitively expected because global buckling becomes dominant.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.13
no.5
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pp.847-854
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1989
Axial force of a V-belt CVT is investigated experimentally. The experimental results on speed ratio-torque-axial force show good agreement with the theoretical results that were obtained in the previous work. It is also found that torque capacity of the V-belt CVT increases as the axial force and the speed ratio increase. Impending slip which occurs at the maximum torque is determined via experiments for various speed ratios. Based on the impending slip region, and the theoretical curves for the speed ratio-torque-axial force relationship, an actual operating criteria for the V-belt CVT is obtained. It is suggested to use the actual operating criteria with the theoretical equations as a basic design formula for the V-belt CVT.
A building structural system of moment resisting frame (MRF) with concrete filled steel tubular (CFST) columns and wide flange H beams, is one of the most conveniently constructed structural systems. However, there were few studies on evaluating seismic performance of full-scale CFST columns under high axial compression. In addition, some existing famous design codes propose various limits of width-to-thickness ratio (B/t) for steel tubes of the ductile CFST composite members. This study was intended to investigate the seismic behavior of CFST columns under high axial load compression. Four full-scale square CFST column specimens with a B/t of 42 were carried out that were subjected to horizontal cyclic-reversal loads combined with constantly light, medium and high axial loads and with a linearly varied axial load, respectively. Test results revealed that shear strength and deformation capacity of the columns significantly decreased when the axial compression exceeded 0.35 times the nominal compression strength of a CFST column, P0. It was obvious that the higher the axial compression, the lower both the shear strength and deformation capacities were, and the earlier and faster the shear strength degradation occurred. It was found as well that higher axial compressions resulted in larger initial lateral stiffness and faster degradation of post-yield lateral stiffness. Meanwhile, the lower axial compressions led to better energy dissipation capacities with larger cumulative energy. Moreover, the study implied that under axial compressions greater than 0.35P0, the CFST column specimens with B/t limits recommended by AISC 360 (2016), ACI 318 (2014), AIJ (2008) and EC4 (2004) codes do not provide ultimate interstory drift ratio of more than 3% radian, and only the limit in ACI 318 (2014) code satisfies this requirement when axial compression does not exceed 0.35P0.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2003.05a
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pp.151-156
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2003
On the basis of the philosophy that "the compressive axial load capacity after spalling of shell concrete should be maintained as that before spalling" by applying the confinement model of high strength concrete proposed in the previous proceeding paper and equivalent lateral confining pressure considering configurations of transverse reinforcement, the amounts of transverse reinforcement from the compressive capacity design method about high strength reinforced concrete tied columns can be calculated through the formula proposed in this paper. The proposed design equation of transverse steel amounts for high strength reinforced concrete tied columns was quite agreeable with the test results of HSC tied columns conducted by other researchers as well as author.as author.
An experimental study was performed to investigate the axial-flexural load-carrying capacity of concrete-encased and-filled steel tube (CEFT) columns. To restrain local buckling of longitudinal bars and to prevent premature failure of the thin concrete encasement, the use of U-cross ties was proposed. Five eccentrically loaded columns were tested by monotonic compression. The test parameters were axial-load eccentricity, spacing of ties, and the use of concrete encasement. Although early cracking occurred in the thin concrete encasement, the maximum axial loads of the CEFT specimens generally agreed with the strengths predicted considering the full contribution of the concrete encasement. Further, due to the effect of the circular steel tube, the CEFT columns exhibited significant ductility. The applicability of current design codes to the CEFT columns was evaluated in terms of axial-flexural strength and flexural stiffness.
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.
Recently, in recognition of their outstanding structural performance, the use of Concrete Filled Steel Tube (CFT) columns has been increased. New shape welded built-up square tube was developed by the authors for broader usability using thin steel plates which were bent to be L-shaped (Channel) and each unit members were welded to form square steel tube as an cost-efficient use of expensive steel. In addition, since the rib placed at the center of the tube width acts as an anchor; higher load capacity of buckling is achievable. In order to apply the new shape built-up square columns, the structural behavior and stress distribution with parameter width of thickness (b/t), with and without rib were predicted. The New shape welded built-up square tube effectively delayed the local buckling of the steel tube, which led to a greater strength and ductility than regular HSS.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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