Lee, Seong-Hui;Kim, Sun Hee;Kim, Young Ho;Choi, Sung Mo
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.21
no.5
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pp.515-526
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2009
There are three main production processes in the manufacture of concrete-filled square steel columns. The first process is known as the 'box-type process' or 'four-seam method,' wherein four beams are welded together at the seams. The second is the 'cold-forming process' or 'two-seam method,' wherein the seams of two channel beams are welded together. The third is the 'pressing process' or 'one-seam method,' wherein a circular column is pressed until it becomes a square column. In calculating the production cost for the making of a steel tube, it is very important to consider the welding process to be used and the desiredthickness of the steel tube, such as a square column that was developed under a new method, formed through the four-seam flare welding method at the center of the steel column width, following the L-shape formation. Certain tests were suggested in this study to evaluate the welding amount of concrete-filled square steel columns. With the parameters of the production method of a square steel column, the thickness of the steel square columns, and the welding amount, six specimens were produced. A structural test and finite-element analysis were conducted to assess the behavior of the steel column according to the water pressure inside the steel columns.
CFT structures require a diaphragm to prevent buckling of steel at connections. An outer diaphragm has better concrete filling than a through diaphragm due to a large bore, but due to the larger size than the through diaphragm, it has poorer constructability and cooperation with building equipment. The building structure has a floor slab that was unified with the upper diaphragm, so the outer diaphragm was placed at the upper bound. Moreover, the through diaphragmwas placed at the lower connection to avoid obstruction of the building equipment. The CFT structure with the improved concrete filling showed the same structural behavior as the CFT structure with the use of the same type of diaphragms at the upper and lower connections.
Concrete-filled square steel tube (CFT) columns have inherently high fire resistance and load-bearing capacity. Nevertheless, it is sometimes necessary to improve their fire resistance using external fire protection. This paper presents the experimental results of the temperature distribution of CFT columns with fire protection. A fire load test was carried out by exposing small-scale specimens to heat in an electric furnace that was especially built for testing loaded columns. The temperature distribution of CFT columns under constant axial loads was determined, as were its significant parameters, such as the types of fire protection and thickness, the thickness of the square CFT, and the fire duration times. The results of this study showed the temperature distribution of each specimen of the electric furnace and the temperature distribution properties of concrete and steel. In addition, the axial displacement and local buckling behavior of CFT columns based on temperature changes was observed.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.12
no.4
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pp.81-90
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2012
The concrete-filled tube (CFT) column has the excellent structural performance. But it is difficult to connect with column and beam because of closed section. Its Solution, 2 members of ㄷchennel in which Internal diaphragm is installed were welded beforehand and the method of making Rectangular Steel Tube was proposed. According to upside and downside junction shape, Internal diaphragm suggested as symmetric specimen and asymmetric specimen. The upper and lower diaphragm of the Symmetric specimen used the same horizontal and The upper diaphragm of the Asymmetric specimen used the horizontal plate and the lower diaphragm used the vertically plate. In this research, 4 T-shape column to beam steps connections were tested with cyclic loading experiment in order to evaluate the structural capability of the offered connection. Symmetric specimens be a failure in 0.03rad from beam flange. And Asymmetric specimens be a failure in 0.05rad from column interface. The comparison results of All specimens shown similar to energy absorption capacity in 0.02rad.
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.
The concrete-filled tubular square column is superior to steel frame column in terms of fire resistance because of the thermal storage provided by the concrete. Studies have been conducted on CFT column reinforcement with steel bars or with the use of an internal tube to improve its structural load capacity and fire resistance. In fact, reinforced CFT columns have been increasingly used to deal with high axial force. The functional deterioration of columns due to fire damage needs to be measured precisely. In this study, the temperature distribution inside the columns in case of a fire was evaluated and the degree of deterioration in the load capacity of the concrete and reinforcing members associated with temperature distribution was identified in order to evaluate the overall residual strength of the columns.
Lee, Seong Hui;Jung, Hun Mo;Kim, Dae Jung;Kim, Jin Ho;Choi, Sung Mo
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.20
no.6
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pp.711-722
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2008
Existing tube for concrete filled tubular structure is made through welding of four plates irrespective of tube thickness, so production performance is poor and special welding technique is needed to weld the internal diaphragm and through the diaphragm. Therefore, through manufacturing by cold forming development of beam to column connections that is no welding in position of stress concentration is needed. In this study the proposal of beam to column connections details and to making tube specimens by method of bending steel plates, we want to know the compositeeffect between internal anchor and concrete by processing on stress distribution and internal force evaluation of concrete filled tube beam to column connections with a variable of flange welding existence between column and beam, welding quantity between column and diaphragm, existence of concrete in tube, column with diaphragm and general column.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2003.09a
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pp.163-171
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2003
Most of existing beam-to-column connections are reinforced symmetrically because of reverse action cause by earthquake but in the weak-earthquake region like Korea connections reinforced asymmetrically can be used. Specially, the connections between CFT(Concrete Filled Tube) column and H-shape beam can be applied by simplified lower diaphragm. The tensile capacity of Combined Cross Diaphragm for upper reinforcing was tested by simple tension test and four types for lower reinforcing; Combined Cross, None, Horizontal T-bar and Vertical Plate were tested by ANSI/AISC SSPEC 2002 loading program. Horizontal T-bar and stud bolts in vertical flat bar transmit tensile stress from bottom flange of beam to filled concrete. All test specimens were satisfied 0.01 radian of inelastic rotational requirement in ordinary moment frame of AISC seismic provision. As the results of parametric studies, simplified lower diaphragms demonstrated an outstanding strength, stiffness and plastic deformation capacity to use sufficient seismic performance in the field.
Kim, Hyung-Jun;Kim, Heung-Youl;Park, Kyung-Hun;Cho, Kyung-Suk;Kwon, In-Kyu
Proceedings of the Korea Institute of Fire Science and Engineering Conference
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2010.04a
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pp.389-394
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2010
A concrete filled square steel tube (CFT) is composed of the external steel material, which its strength is reduced in fire due to sudden temperature increase, and the internal concrete with high thermal capacity that can ensure the fire resistance performance of the structure. Therefore, research about the influence factors of the structural performance of CFT column is required in order to apply CFT column to a fire resisting structure, and additional research about influence for each condition is also necessary. Among the influence factors, the boundary condition between column and beam is important structurally, and it is one of the major factors that determine overall fire resisting performance. This study performed a fire experiment under loading in order to analyse the influences of CFT column to the boundary condition. As the results of the experiment, fire resistance time of 106 minutes was ensured for the clamped-end condition but 89 minutes for the hinge-end condition in case of the 360 cross section. And, fire resistance time of 113 minutes was ensured for the clamped-end condition but 78 minutes for the hinge-end condition in case of the 280 cross section. The difference in the fire resistance performance according to changes in the boundary conditions showed a tendency that larger change effect on the fire resistance performance was derived from smaller cross section area.
This paper presents a plan and guidelines that were drawn for Korean based research carried out on the fire-resistance of CFT columns. This research was carried out by reviewing the Korean regulations related to the fire-resistance of CFT columns and examining studies which had been made in Korea as well as overseas. The first phase of the study plan was to compare the fire-resistance of square CFT columns without fire protection (obtained through fire-resistance tests and numerical analyses) with estimated values (obtained through fire-resistance design formulas proposed in Korea and overseas). This comparison provided conclusions as outlined below. Fire-resistance tests conducted in this study proved that, when the actual design load is taken into consideration, square CFT columns without fire protection are able to resist a fire for more than one hour. A comparison was made of test and analysis results with the fire-resistance time based on the AIJ code, the AISC design formula and the estimation formula suggested for Korea. The results of this comparison showed that the test and analysis results for specimens SAH1, SAH2-1, SAH2-2 and SAH3 were almost identical with the AIJ code, the AISC design formula and estimation formula. For specimens SAH4 and SAH5, the estimation formula was more conservative than the AIJ code and the AISC design formula. It was necessary to identify the factors that have an influence on the fire-resistance of CFT columns without fire protection and to draw fire-resistance design formulas for these columns. To achieve this, it is proposed that numerical analyses and tests be conducted in order to evaluate the fire-resistance of circular CFT columns, the influence of eccentricity existing as an additional factor and the influence of the slenderness ratio of the columns. It is also suggested that the overall behavior of CFT structures without fire protection within a fire be evaluated through analysis simulation.
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