이 연구에서는 압축력을 받는 강재 조립 기둥의 좌굴 거동에 대한 매개변수 해석을 수행하였다. 압축력을 받는 조립기둥에서 기둥 전체 길이에 설치되는 H-형강 단면의 주 부재와 H-형강의 상 하 플랜지를 연결하는 배튼의 휨 및 전단력에 의한 전단변형효과를 고려한 좌굴하중 식을 제시하였다. 조립기둥의 길이, H-형강 주부재의 간격, 배튼의 개수, 배튼 작용을 하는 상 하 덮개판의 설치 여부에 따른 좌굴하중의 변화를 분석하였다. 일반 볼트 및 고장력 볼트가 사용된 조립 기둥의 설계에 사용되는 AISC 설계식이 배튼 및 주 부재의 간격이 큰 조립 기둥에도 활용할 수 있는지에 대한 적용성을 검토하였다. 이 연구에서 제시한 엄밀해 그리고 보요소 및 판요소를 사용한 유한요소해석 그리고 AISC의 설계식에 의한 결과를 비교 분석하여 강재 조립기둥의 좌굴거동에 대한 매개변수 해석을 수행하였다.
In this paper, Generalized Differential Quadrature Method is applied to the buckling analysis of built-up columns without or with stay plates. numerical analysis using GDQM is carried out for various boundary conditions(simply supported conditions, fixed conditions, fixed-simply supported conditions), dimensionless stiffness parameter and dimensionless inertia moment parameter. The accuracy and convergence of solutions are compared with exact solutions of Gjelsvik to validate the results of GDQM. Results obtained by this method are as follows. 91) This method can yield the accurate numerical solutions using few grid points. (2) The buckling load of built-up column increases as the dimensionless stiffness parameter decreases. (3) The effects of boundary conditions on the buckling load are not considerable as the dimensionless stiffness parameter increases. (4) The buckling load of built-up column increases due to the stay plate.
용접조립 각형강관은 얇은 강판을 L형으로 절곡한 4개의 단위 부재를 플레어 용접으로 용접한 강관으로 용접조립 각형강관이 CFT 기둥으로 사용될 경우 콘크리트와 강관 폭의 중앙에 설치된 리브가 국부좌굴을 방지하는 역할을 하며 강관은 내부의 콘크리트의 구속하여 콘크리트의 구조내력을 향상시키는 역할을 한다. 본 연구에서는 용접조립 각형강관기둥의 제작방법을 소개하고 용접조립 각형강관과 용접조립 각형CFT 기둥 의 구조성능을 평가하기 위해 강관의 형상(용접조립 각형강관, 일반강관)과 폭두께비(B/t=50, 58, 67), 콘크리트의 강도(f'c=, 10MPa, 40MPa) 를 변수로 총 15개의 실대형 실험체를 제작하여 구조실험을 수행하였으며 용접조립 각형강관의 단면효율과 구조내력의 우수성을 확인하였다.
G, Beulah Gnana Ananthi;Roy, Krishanu;Lim, James B.P.
Steel and Composite Structures
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제42권4호
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pp.513-538
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2022
This paper reports on experiments addressing the buckling and collapse behavior of an innovative built-up cold-formed steel (CFS) columns. The built-up column consists of four individual CFS lipped channels, two of them placed back-to-back at the web using two self-drilling screw fasteners at specified spacing along the column length, while the other two channels were connected flange-to-flange using one self-drilling screw fastener at specified spacing along the column length. In total, 12 experimental tests are reported, covering a wide range of column lengths from stub to slender columns. The initial geometric imperfections and material properties were determined for all test specimens. The effect of screw spacing, load-versus axial shortening behaviour and buckling modes for different lengths and screw spacing were investigated. Nonlinear finite element (FE) models were also developed, which included material nonlinearities and initial geometric imperfections. The FE models were validated against the experimental results, both in terms of axial capacity and failure modes of built-up CFS columns. Furthermore, using the validated FE models, a parametric study was conducted which comprises 324 models to investigate the effect of screw fastener spacing, thicknesses and wide range of lengths on axial capacity of back-to-back and flange-to-flange built-up CFS channel sections. Using both the experimental and FE results, it is shown that design in accordance with the American Iron and Steel Institute (AISI) and Australia/New Zealand (AS/NZS) standards is slightly conservative by 6% on average, while determining the axial capacity of back-to-back and flange-to-flange built-up CFS channel sections.
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.
A half open cross section built-up column, namely cold-formed thin-walled steel built-up column with 12-limbsection (CTSBC-12) is put forward. To deeply reveal the mechanical behaviors of CTSBC-12 under axial compression and put forward its calculation formula of axial bearing capacity, based on the previous axial compression experimental research, the finite element analysis (FEA) is conducted on 9 CTSBC-12 specimens, and then the variable parameter analysis is carried out. The results show the FEA is in good agreement with the experimental research, the ultimate bearing capacity error is within 10%. When the slenderness ratio is more than 96.54, the ultimate bearing capacity of CTSBC-12 decreases rapidly, and the failure mode changes from local buckling to global buckling. With the local buckling failure mode unchanged, the ultimate bearing capacity decreases gradually as the ratio of web height to thickness increases. Three methods are used for calculating the ultimate bearing capacity, the direct strength method of AISI S100-2007 gives result of ultimate axial load which is closest to the test and FEA results. But for simplicity and practicality, a simplified axial bearing capacity formula is proposed, which has better calculation accuracy with the slenderness ratio changing from 30 to 100.
The structural performance of cold-formed steel (CFS) built-up battened columns were numerically investigated in this paper. The built-up column sections were formed by connecting two-lipped channels back-to-back, with a regular spacing of battens plates, and have been investigated in the current study. Finite element models were validated with the test results reported by the authors in the companion paper. Using the validated models, the parametric study was extended, covering a wider range of overall slenderness to assess the accuracy of the current design rules in predicting the design strengths of the CFS built-up battened columns. The parameters viz., overall slenderness, different geometries, plate slenderness (b/t ratio) and yield stress were considered for this study. In total, a total of 228 finite element models were analyzed and the results obtained were compared with current design strength predicted by Effective Width Method of AISI Specifications (AISI S100:2016) and European specifications (EN1993-1-3:2006). The parametric study results indicated that the current design rules are limited in predicting the accuracy of the design strengths of CFS built-up battened columns. Therefore, a design equation was proposed for the AISI and EC3 specifications to predict the reliable design strength of the CFS Built-up battened columns and was also verified by the reliability analysis.
CFST columns are structurally superior because the concrete inside the steel tubes prevents local buckling at the tubes and the tubes confine the concrete. And, the thickness of steel tube in CFST column has been thinner with development of high-strengh steel. The thinner the steel tube of a square CFST column is, the more local buckling is likely to occur. For this reason, we developed welded built-up square steel tube with stiffeners which are placed at the center of the tube width acts as an anchor. In this study, we conduct experimental test for three specimens of the 4m long span welded built-up square CFT column with parameters of L/D and D/t. And, the test results were compared with the analysis results by M-${\phi}$-P Program.
Dehghan, Seyed Mehdi;Najafgholipour, Mohammad Amir;Ziarati, Seyed Mohsen;Mehrpour, Mohammad Reza
Steel and Composite Structures
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제26권3호
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pp.315-328
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2018
Built-up Double-I (BD-I) columns consist of two hot rolled IPE sections and two cover plates which are welded by fillet welds. In Iran, this type of column is commonly used in braced frames with simple connections and sometimes in low-rise Moment Resisting Frames (MRF) with Welded Flange Plate (WFP) beam-column detailing. To evaluate the seismic performance of WFP connection of I-beam to BD-I column, traditional and modified exterior MRF connections were tested subjected to cyclic prescribed loading of AISC. Test results indicate that the traditional connection does not achieve the intended behavior while the modified connection can moderately meet the requirements of MRF connection. The numerical models of the connections were developed in ABAQUS finite element software and validated with the test results. For this purpose, moment-rotation curves and failure modes of the tested connections were compared with the simulation results. Moreover to avoid improper failure modes, some improvements of the connections were evaluated through a numerical study.
Generally, a box tube, which is used for an existing square CFT structure, is made by welding four plates. The manufacturing efficiency of this steel tube is poor, and it also needs special welding technology to weld its internal diaphragm and the through diaphragm. Therefore, an interior-anchor-type square steel tube was developed using the method of cold-forming thin plates to prevent welding of the stress concentration position, and to maximize the section efficiency. And, considering of the flow of beam flange load, the efficiency of erection and the weldability of the diaphragm to thin walled steel column, the external diaphragm connection was selected as the suitable type for the welded built-up square CFT column to beam connection. And, an analytical study and tests were conducted to evaluate the structural performance of the suggested connection details and to verify the suggested equations for the connection details. Through this study, the composite effect of the internal anchor to concrete, the resistance and stress distribution of the connections before and after the existing column is welded to the beam, the effective location of welding in connection were analyzed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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