Reactive powder concrete (RPC) is a type of ultra-high strength concrete that has a relatively high brittleness. However, its ductility can be improved by confinement, and the use of RPC in composite RPC filled steel tube columns has become an important subject of research in recent years. This paper aims to present an experimental study of axial capacity calculation of RPC filled circular steel tube columns. Twenty short columns under axial compression were tested and information on their failure patterns, deformation performance, confinement mechanism and load capacity were presented. The effects of load conditions, diameter-thickness ratio and compressive strength of RPC on the axial behavior were further discussed. The experimental results show that: (1) specimens display drum-shaped failure or shear failure respectively with different confinement coefficients, and the load capacity of most specimens increases after the peak load; (2) the steel tube only provides lateral confinement in the elastic-plastic stage for fully loaded specimens, while the confinement effect from steel tube initials at the set of loading for partially loaded specimens; (3) confinement increases the load capacity of specimens by 3% to 38%, and this increase is more pronounced as the confinement coefficient becomes larger; (4) the residual capacity-to-ultimate capacity ratio is larger than 0.75 for test specimens, thus identifying the composite columns have good ductility. The working mechanism and force model of the composite columns were analyzed, and based on the twin-shear unified strength theory, calculation methods of axial capacity for columns with two load conditions were established.
Thirty one push-out tests were carried out in order to investigate the bond behavior between shape steel, steel tube (named steels) and recycled aggregate concrete (RAC), including 11 steel reinforced recycled aggregate concrete (SRRAC) columns, 10 recycled aggregate concrete-filled circular steel tube (RACFCST) columns and 10 recycled aggregate concrete-filled square steel tube (RACFSST) columns. Eleven recycled coarse aggregate (RCA) replacement ratios (i.e., 0%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% and 100%) were considered for SRRAC specimens, while five RCA replacement ratios (i.e., 0%, 25%, 50%, 75% and 100%), concrete type and length-diameter ratio for recycled aggregate concrete-filled steel tube (RACFST) specimens were designed in this paper. Based on the test results, the influences of all variable parameters on the bond strength between steels and RAC were investigated. It was found that the load-slip curves at the loading end appeared the initial slip earlier than the curves at the free end. In addition, eight practical bond strength models were applied to make checking computations for all the specimens. The theoretical analytical model for interfacial bond shear transmission length in each type of steel-RAC composite columns was established through the mechanical derivation, which can be used to design and evaluate the performance of anchorage zones in steel-RAC composite structures.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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제38권6호
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pp.691-698
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2014
This paper describes the manufacturing processes for a flexbeam and torque tube made of composite materials, along with the procedures for testing their basic properties. A flexbeam and torque tube can be considered to be key structural components of a bearingless rotor hub system. A hinge offset effect can be realized by a large elastic deformation and twist of the flexbeam, and the blade pitch control forces are transferred by the rotation of the torque tube. The basic property tests included bending and twist tests to determine the flap stiffness, lag stiffness, and torsion stiffness of the flexbeam, torque tube, and blade, and these tests were performed prior to starting the whirl tower test. In addition, the estimated results were compared with experimental data, and the calculations were found to be a good match for the analysis results and had a similar tendency. Through these results, we could confirm that a flexbeam and torque tube made of composite materials satisfied the structural stiffness requirements.
Concrete-filled steel tube (CFT) composite columns, either circular (CCFT) or rectangular (RCFT), have many economical and aesthetic advantages but the behavior of their connections are complicated. This study aims to investigate, through an experimental program, the performance and behavior of different connections configurations between circular concrete filled steel tube columns (CCFT) and gusset plates subjected to shear and axial compression loadings. The study included seventeen connection subassemblies consisting of a fixed length steel tube and gusset plate connected to the tube end with different details tested under half cyclic loading. A notable effect was observed on the behavior of the connections due to its detailing changes with respect to capacity, failure mode, ductility, and stress distribution.
The existing method to improve the coordination performance of the inner and outer parts of concrete-encased concrete-filled steel tube (CFST) composite columns by increasing the volume-stirrup ratio causes difficulties in construction due to over-dense stirrups. Thus, this paper proposes an open polygonal composite stirrup with high strength and high ductility CRB600H reinforced rebar, and seventeen specimens were constructed, and their axial compressive performance was tested. The main parameters considered were the volume-stirrup ratio, the steel tube size, the stirrup type and the stirrup strength. The test results indicated: For the specimens restrained by open octagonal composite stirrups, compared with the specimen of 0.5% volume-stirrup ratio, the compressive bearing capacity increased by 14.6%, 15.7% and 21.5% for volume-stirrup ratio of 0.73%, 1.07% and 1.61%, respectively. For the specimens restrained by open composite rectangle stirrups, compared with the specimen of 0.79% volume-stirrup ratio, the compressive bearing capacity increased by 7.5%, 6.1%, and -1.4% for volume-stirrup ratio of 1.12%, 1.58% and 2.24%, respectively. The restraint ability and the bearing capacity of the octagonal composite stirrup are better than other stirrup types. The specimens equipped with open polygonal composite stirrup not only had a higher ductility than those with the traditional closed-loop stirrup, but they also had a higher axial bearing capacity than those with an HPB300 strength grades stirrup. Therefore, the open composite stirrup can be used in practical engineering. A new calculation method was proposed based on the stress-strain models for confined concrete under different restrain conditions, and the predicted value was close to the experimental value.
The nonlinear snap-through buckling of functionally graded (FG) carbon nanotube reinforced composite (CNTRC) curved tubes is analytically investigated in this research. It is assumed that the FG-CNTRC curved tube is supported on a three-parameter nonlinear elastic foundation and is subjected to the uniformly distributed pressure and thermal loads. Properties of the curved nanocomposite tube are distributed across the radius of the pipe and are given by means of a refined rule of mixtures approach. It is also assumed that all thermomechanical properties of the nanocomposite tube are temperature-dependent. The governing equations of the curved tube are obtained using a higher-order shear deformation theory, where the traction free boundary conditions are satisfied on the top and bottom surfaces of the tube. The von Kármán type of geometrical non-linearity is included into the formulation to consider the large deflection in the curved tube. Equations of motion are solved using the two-step perturbation technique for nanocomposite curved tubes which are simply-supported and clamped. Closed-form expressions are provided to estimate the snap-buckling resistance of FG-CNTRC curved pipes rested on nonlinear elastic foundation in thermal environment. Numerical results are given to explore the effects of the distribution pattern and volume fraction of CNTs, thermal field, foundation stiffnesses, and geometrical parameters on the instability of the curved nanocomposite tube.
This paper presents a type of composite box girder with corrugated webs and concrete filled steel tube slab to overcome cracking on the web and reduce self-weight. Utilizing corrugated steel web improves the efficiency of prestressing introduced into the top and bottom slabs due to the accordion effect. In order to understand the loading capacity of such new composite structure, experimental and numerical analyses were conducted. A full-scale model was loaded monotonically to investigate the deflection, strain distribution, loading capacity and stiffness during the whole process. The experimental results show that test specimen has enough loading capacity and ductility. Based on experimental works, a finite element (FE) model was established. The load-displacement curves and stress distribution predicted by FE model agree well with that obtained from experiments, which demonstrates the accuracy of proposed FE model. Moreover, simplified theoretical analysis was conducted depending on the assumptions which were confirmed by the experimental and numerical results. The simplified analysis results are identical with the tested and numerical results, which indicate that simplified analytical model can be used to predict the loading capacity of such composite girder accurately. All the findings of present study may provide reference for the application of such structure in bridge construction.
This paper aims to explore the mechanical behavior and moment-rotation model of blind bolted joints between concrete-filled double skin steel tubular columns and steel-concrete composite beams. For this type of joint, the inner tube and sandwiched concrete were additionally identified as basic components compared with CFST blind bolted joint. A modified moment-rotation model for this type of connection was developed, of which the compatibility condition and mechanical equilibrium were employed to determine the internal forces of basic components and neutral axis. Following this, load transfer mechanism among the inner tube, sandwiched concrete and outer tube was discussed to assert the action area of the components. Subsequently, assembly processes of basic coefficients in terms of their stiffness and resistances based on the component method by simplifying them as assemblages of springs in series or in parallel. Finally, an experimental investigation on four substructure joints with CFDST columns for validation purposes was carried out to capture the connection details. The predicted results derived from the mechanical models coincided well with the experimental results. It is demonstrated that the proposed mechanical model is capable of evaluating the complete moment-rotation relationships of blind bolted CFDST column composite connections.
In this paper, quasi-static crushing tests of composite circular tubes under axial compression load are conducted to investigate the energy absorption characteristics. Circular tubes used for this experiment are glass/epoxy (GFRP) composite tubes which are fabricated by the filament winding method. One edge of the composite tube is chamfered to reduce the initial peak load and to prevent catastrophic failure during crushing process. Energy absorption characteristics vary significantly according to the constituent materials, fabrication conditions, tube geometry and test condition. In tube geometry, according as inner diameter increase, unstable crush mode is caused by local buckling of delamination, but control of the fiber orientation should help composite tubes get stable crush mode.
A powder in sheath rolling method was applied to the fabrication of a carbon nano tube (CNT) reinforced aluminum composite. A 6061 aluminum alloy tube with outer diameter of 31 mm and wall thickness of 2 mm was used as a sheath material. A mixture of pure aluminum powder and CNTs with a volume content of 5% was filled in the tube by tap filling and then processed to an 85% reduction using multi-pass rolling after heating for 0.5 h at $400^{\circ}C$. The specimen was then further processed at $400^{\circ}C$ by multi-pass hot rolling. The specimen was then annealed for 1 h at various temperatures that ranged from 100 to $500^{\circ}C$. The relative density of the 5vol%CNT/Al composite fabricated using powder in sheath rolling increased with increasing of the rolling reduction, becoming about 97% after hot rolling under 96 % total reduction. The relative density of the composite hardly changed regardless of the increasing of the annealing temperature. The average hardness also had only slight dependence on the annealing temperature. However, the tensile strength of the composite containing the 6061 aluminum sheath decreased and the fracture elongation increased with increasing of the annealing temperature. It is concluded that the powder in sheath rolling method is an effective process for fabrication of CNT reinforced Al matrix composites.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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