For the composite behavior of steel tube and inner concrete, the shear connectors should be applied to the CFT structures. However, the present design codes don't provide the design criteria that can be applied on shear connectors in the CFT structures typically filled with plain concrete. This study has been carried out to propose design criteria (shear strength and resistance factor) for the stud shear connectors in CFT structures. Experimental tests using the push-out specimens with the plain concrete blocks and finite element analysis were conducted for the purpose of verifying the main failure mode to propose the shear strength of studs in CFT structures. From the results of this study, the main failure mode of studs in CFT structures is splitting crack of concrete and this failure mode reduces shear strength of studs in CFT structures relatively to those embedded in RC blocks.
It was clear from the former researches on reinforced concrete filled tubular steel (RCFT) structures that RCFT structures have different performance than concrete filled steel tubular (CFT) structures. However, despite of that, load-sharing ratio of RCFT is evaluating by the formula and range of CFT given by JSCE. Therefore, the aim of this investigation is to study the load-sharing ratio of RCFT columns subjected to axial compressive load by performing numerical simulations of RCFT columns with the nonlinear finite element analysis (FEA) program - ADINA. To achieve this goal, firstly proper material constitutive models for concrete, steel tube and reinforcement are proposed. Then axial compression tests of concrete, RC, CFT, and RCFT columns are carried out to verify proposed material constitutive models. Finally, by the plenty of numerical analysis with small-sized and big-sized columns, load-sharing ratio of RCFT columns was studied, the evaluation formulas and range were proposed, application of the formula was demonstrated, and following conclusions were drawn: The FEA model introduced in this paper can be applied to nonlinear analysis of RCFT columns with reliable results; the load-sharing ratio evaluation formula and range of CFT should not be applied to RCFT; The lower limit for the range of load-sharing ratio of RCFT can be smaller than that of CFT; the proposed formulas for load-sharing ratio of RCFT have practical mean in design of RCFT columns.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.2
no.1
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pp.23-29
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2011
This study investigates the axial behavior of CFRP strengthened circular CFT columns and proposes the design formula of CFRP strengthened circular CFT columns. 10 specimens were prepared and axial loading test were conducted to investigate the retrofitting effects of CFRP composites on CFT columns. The main parameters are the number of FRP sheets and D/t ratio. Test results showed that the CFRP retrofitting enhanced the load bearing capacity of the circular CFT columns. Finally, A ACI 440 code applied ultimate axial strength formula is proposed to predict the ultimate strength of CFRP strengthened circular CFT columns. The proposed formula are good agreement with the test results.
It is clear from the former researches on reinforced concrete filled steel tubular (RCFT) structures that RCFT structures have higher strength and deformation capacity than concrete filled steel tubular (CFT) structures. However, in the case of actual applications to large-scaled structures, the thin-walled steel tube must be used from the view point of economic condition. Therefore, in this study, compression tests of RCFT columns which were made by thin-walled steel tube or small load-sharing ratio in cooperation with high strength concrete were carried out, meanwhile corresponding tests of CFT, reinforced concrete (RC), pure concrete and steel tube columns were done to compare with RCFT. By the a series of comparison and analysis, characteristics of RCFT columns were clarified, and following conclusions were drawn: RCFT structures can effectively avoided from brittle failure by the using of reinforcement while CFT structures are damaged due to the brittle failure; with RCFT structures, excellent bearing capacity can be achieved in plastic zone by combining the thin-walled steel tube with high strength concrete and reinforcement. The smaller load-sharing ratio can made the reinforcement play full role; Combination of thin-walled steel tube with high strength concrete and reinforcement is effective way to construct large-scaled structures.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.10
no.1
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pp.75-84
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2010
According to the available study and experimental data about the long term behavior of CFT(Concrete Filled Tube) columns, the creep and of concrete in CFT columns are smaller than those of RC columns because of the confinement effect of outer steel columns. In this study, the uncertainties associated with assumed values for concrete properties such as strength, creep coefficients, and service load have been considered and analyzed for the prediction of time-dependent column shortening of CFT column. The CFT column shortening analysis using Monte Carlo method is proposed and an of a 37 story tall building with CFT columns is studied for illustration. According to the results obtained by the probability analysis with multi parameters, the effect of variation coefficient for 3 parameters is investigated considering confidence interval.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.7
no.2
s.24
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pp.83-90
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2007
Buildings become high and large. CFT(Concrete Filled steel Tube) columns have been developed to manage effectively that loads which columns support and cross sections of columns are increased. Because CFT column is the composite structure made of two different materials, many researches have been performed to look into mechanical behaviors. This study is an analytic study about bond stress on interface between concrete core and steel tube in circular and rectangular CFT columns. ABAQUS/Standard Version 5.8 is used to analyze bond stress by bond form and position of shear-connector, and improved analystic method about mechanical characters on interface is suggested.
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.
Herrera, Ricardo A.;Muhummud, Teerawut;Ricles, James M.;Sause, Richard
Steel and Composite Structures
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v.43
no.3
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pp.327-340
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2022
A vast amount of experimental and analytical research has been conducted related to the seismic behavior and performance of concrete filled steel tubular (CFT) columns. This research has resulted in a wealth of information on the component behavior. However, analytical and experimental data for structural systems with CFT columns is limited, and the well-known behavior of steel or concrete structures is assumed valid for designing these systems. This paper presents the development of an analytical model for nonlinear analysis of composite moment resisting frame (CFT-MRF) systems with CFT columns and steel wide-flange (WF) beams under seismic loading. The model integrates component models for steel WF beams, CFT columns, connections between CFT columns and WF beams, and CFT panel zones. These component models account for nonlinear behavior due to steel yielding and local buckling in the beams and columns, concrete cracking and crushing in the columns, and yielding of panel zones and connections. Component tests were used to validate the component models. The model for a CFT-MRF considers second order geometric effects from the gravity load bearing system using a lean-on column. The experimental results from the testing of a four-story CFT-MRF test structure are used as a benchmark to validate the modeling procedure. An analytical model of the test structure was created using the modeling procedure and imposed-displacement analyses were used to reproduce the tests with the analytical model of the test structure. Good agreement was found at the global and local level. The model reproduced reasonably well the story shear-story drift response as well as the column, beam and connection moment-rotation response, but overpredicted the inelastic deformation of the panel zone.
The structural behaviors of circular concrete filled steel tube (CFT) structures are investigated by nonlinear finite element method. An efficient three-dimensional (3D) degenerated beam element is adopted. Based on those previous studies, a modified stress-strain relationship for confined concrete which introduces the influence of eccentricity on confining stress is presented. Updated Lagrange formulation is used to consider the geometrical nonlinearity induced by large deformation effect. The nonlinear behaviors of CFT structures are investigated, and the accuracy of the proposed constitutive model for confined concrete is mainly concerned. The results demonstrate that the confining effect in CFT elements subjected to combining action of axial force and bending moment is far sophisticated than that in axial loaded columns, and an appropriate evaluation about this effect may be important for nonlinear numerical simulation of CFT structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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