Memarzadeh, Armin;Shahmansouri, Amir Ali;Poologanathan, Keerthan
Steel and Composite Structures
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제44권3호
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pp.309-324
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2022
The post-fire elastic stiffness and performance of concrete-filled steel tube (CFST) columns containing recycled aggregate concrete (RAC) has rarely been addressed, particularly in terms of material properties. This study was conducted with the aim of assessing the modulus of elasticity of recycled aggregate concrete-filled steel tube (RACFST) stub columns following thermal loading. The test data were employed to model and assess the elastic modulus of circular RACFST stub columns subjected to axial loading after exposure to elevated temperatures. The length/diameter ratio of the specimens was less than three to prevent the sensitivity of overall buckling for the stub columns. The gene expression programming (GEP) method was employed for the model development. The GEP model was derived based on a comprehensive experimental database of heated and non-heated RACFST stub columns that have been properly gathered from the open literature. In this study, by using specifications of 149 specimens, the variables were the steel section ratio, applied temperature, yielding strength of steel, compressive strength of plain concrete, and elastic modulus of steel tube and concrete core (RAC). Moreover, parametric and sensitivity analyses were also performed to determine the contribution of different effective parameters to the post-fire elastic modulus. Additionally, comparisons and verification of the effectiveness of the proposed model were made between the values obtained from the GEP model and the formulas proposed by different researchers. Through the analyses and comparisons of the developed model against formulas available in the literature, the acceptable accuracy of the model for predicting the post-fire modulus of elasticity of circular RACFST stub columns was seen.
Bashir, Muhammad Aun;Furuuchi, Hitoshi;Ueda, Tamon;Bashir, M. Nauman
Steel and Composite Structures
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제15권6호
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pp.645-658
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2013
The objective of the study is to predict the moment anchorage capacity of the concrete filled steel box (CFSB) as footing by using the 3D finite element program CAMUI developed by authors' laboratory. The steel box is filled with concrete and concrete filled steel tube (CFT) column is inserted in the box. Numerical simulation of the experimental specimens was carried out after introducing the new constitutive model for post peak behavior of concrete in compression under confinement. The experimental program was conducted to verify the reliability of the simulation results by the FE program. The simulated peak loads agree reasonably with the experimental ones and was controlled by concrete crushing near the column. After confirming the reliability of the FEM simulation, effects of different parameters on the moment anchorage capacity of concrete filled steel box footing were clarified by conducting numerically parametric study.
Ci, Junchang;Ahmed, Mizan;Tran, Viet-Linh;Jia, Hong;Chen, Shicai;Nguyen, Tan N.
Steel and Composite Structures
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제43권6호
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pp.689-706
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2022
Thin-walled square concrete-filled double steel tubular (CFDST) columns composed of the inner circular tube filled with concrete can be used to carry the large axial loads or strengthen existing CFST columns in composite constructions. This paper reports an experimental program carried out on short square CFDST columns loaded concentrically. The influences of important column parameters on the post-buckling performance of such columns are investigated. Test results exhibit that the inner circular tube significantly improves the ultimate loads and the ductility of such columns compared to conventional concrete-filled steel tubular (CFST) and double-skin CFST (DCFST) columns with an inner void. A mathematical model developed is used to simulate the ultimate strengths and load-strain curves of such columns loaded axially. Furthermore, the ultimate strengths of such columns are predicted using existing codified design models for conventional CFST columns as well as the formulas proposed by previous researchers and compared against a large database comprising 500 CFDST columns. Lastly, an accurate artificial neural network model is developed for the practical applications of such columns under axial loading.
The paper describes the mechanical behavior of short concrete-filled steel tube (CFT) columns with circular section. The efficiency of the steel tube in confining the concrete core depending on concrete strength and the steel tube thickness was examined. Fifteen columns were tested to failure under concentric axial loading. Furthermore, a mechanical model based on the interaction between the concrete core and the steel tube was developed. The model employs a volumetric strain history for the concrete, characterized by the level of applied confining stress. The situation of passive confinement is accounted for by an incremental procedure, which continuously updates the confining stress. The post-yield behavior of the columns is greatly influenced by the confinement level and is related to the efficiency of the steel tube in confining the concrete core. It is possible to classify the post-yield behavior into three categories: strain softening, perfectly plastic and strain hardening behavior. The softening behavior, which is due to a shear plane failure in the concrete core, was found for some of the CFT columns with high-strength concrete. Nevertheless, with a CFT column, it is possible to use high-strength concrete to obtain higher load resistance and still achieve a good ductile behavior.
This research focused on analyzing the post-fire behavior of high-performance concrete-filled steel tube (CFST) columns, with the concrete containing tire rubber and steel fibers, under axial compressive loading. The finite element (FE) modeling of such heated columns containing recycled aggregate is a branch of this field which has not received the proper attention of researchers. Better understanding the post-fire behavior of these columns by measuring their residual strength and deformation is critical for achieving the minimum repair level required for structures damaged in the fire. Therefore, to develop this model, 19 groups of confined and unconfined specimens with the variables including the volume ratio of steel fibers, tire rubber content, diameter-to-thickness (D/t) ratio of the steel tube, and exposure temperature were considered. The ABAQUS software was employed to model the tested specimens so that the accurate behavior of the FE-modeled specimens could be examined under test conditions. To achieve desirable results for the modeling of the specimens, in addition to the novel procedure described in this research, the modified versions of models presented by previous researchers were also utilized. After the completion of modeling, the load-axial strain and load-lateral strain relationships, ultimate strength, and failure mode of the modeled CFST specimens were evaluated against the test data, through which the satisfactory accuracy of this modeling procedure was established. Afterward, using a parametric study, the effect of factors such as the concrete core strength at different temperatures and the D/t ratio on the behavior of the CFST columns was explored. Finally, the compressive strength values obtained from the FE model were compared with the corresponding values predicted by various codes, the results of which indicated that most codes were conservative in terms of these predictions.
구조적 우수성이 입증된 콘크리트 충전 강관 (CFT) 시스템은 폭두께비가 큰 강관을 사용할 때 더욱 경제적인 설계가 될 수 있다. 하지만, 현재 국내외의 규준에서는 CFT에 사용할 수 있는 강관의 폭두께비를 제한하고 있어 건설 재료를 보다 더 효율적으로 활용할 수 있는 가능성을 미리 차단하고 있다. 본 연구에서는 폭두께비 60, 70, 80, 90, 100를 갖는 각형 단주 CFT에 대해 압축실험을 실시하여 CFT에서의 좌굴 후 내력을 확인하였고 기존의 규준에서 제시한 폭두께비 제한치를 완화한 식을 제시하였다.
Spiral spacing effect on axial compressive behavior of reinforced concrete filled steel tube (RCFST) stub column is experimentally investigated in this paper. A total of twenty specimens including sixteen square RCFST columns and four benchmarked conventional square concrete filled steel tube (CFST) columns are fabricated and tested. Test variables include spiral spacing (spiral ratio) and concrete strength. The failure modes, load versus displacement curves, compressive rigidity, axial compressive strength, and ductility of the specimens are obtained and analyzed. Especially, the effect of spiral spacing on axial compressive strength and ductility is investigated and discussed in detail. Test results show that heavily arranged spirals considerably increase the ultimate compressive strength but lightly arranged spirals have no obvious effect on the ultimate strength. In practical design, the effect of spirals on RCFST column strength should be considered only when spirals are heavily arranged. Spiral spacing has a considerable effect on increasing the post-peak ductility of RCFST columns. Decreasing of the spiral spacing considerably increases the post-peak ductility of the RCFSTs. When the concrete strength increases, ultimate strength increases but the ductility decreases, due to the brittleness of the higher strength concrete. Arranging spirals, even with a rather small amount of spirals, is an economical and easy solution for improving the ductility of RCFST columns with high-strength concrete. Ultimate compressive strengths of the columns are calculated according to the codes EC4 (2004), GB 50936 (2014), AIJ (2008), and ACI 318 (2014). The ultimate strength of RCFST stub columns can be most precisely evaluated using standard GB 50936 (2014) considering the effect of spiral confinement on core concrete.
Post-earthquake fire is a common disaster which causes serious safety issues to infrastructures. This study aims to investigate the residual loading capacities of circular concrete-filled steel tube (CFST) columns under post-earthquake fire experimentally and numerically. The experimental programme contains two loading steps - pre-damage cyclic loading at room temperature and transient state tests with constant compression loads. Three finite element models are developed and validated against the test results. Upon validation, a total of 48 numerical results were generated in the parametric study to investigate the effects of thickness and strengths of steel tube, axial compression ratio and damage degree on the fire resistance of circular CFST columns. Based on the analysis on experimental and numerical results, the loading mechanism of circular CFST columns is discussed. A design method is proposed for the prediction of fire resistance time under different seismic pre-damage and compression loads. The predictions by the new method is compared with the newly generated experimental and numerical results and is found to be accurate and consistent with the mean value close to the unity and a coefficient of variation around 1%.
Alhatmey, Ihssan A.;Ekmekyapar, Talha;Alrebeh, Salih K.
Advances in concrete construction
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제6권5호
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pp.485-507
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2018
Concrete-Filled Steel Tube (CFST) columns are an increasingly popular means to support great compressive loads in buildings. The residual strength capacity of CFST stub columns may be utilized to assess the potential damage caused by fire and calculate the structural fire protection for least post-fire repair. Ten specimens under room conditions and 10 specimens under fire exposure to the Eurocode smouldering slow-growth fire were tested to examine the effects of diameter to thickness D/t ratio and reinforcing bars on residual strength capacity, ductility and stiffness of CFST stub columns. On the other hand, in sixteen among the twenty specimens, three or six reinforcing bars were welded inside the steel tube. The longitudinal strains in the steel tube and load-displacement relationships were recorded throughout the subsequent compressive tests. Corresponding values of residual strength capacity calculated using AISC 360-10 and EC4 standards are presented for comparison purposes with the experimental results of this study. The test results showed that after exposure to $750^{\circ}C$, the residual strength capacity increased for all specimens, while the ductility and stiffness were slightly decreased. The comparison results showed that the predicted residual strength using EC4 were close to those obtained experimentally in this research.
Cao, Vui Van;Vo, Cuong Trung;Nguyen, Phuoc Trong;Ashraf, Mahmud
Earthquakes and Structures
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제21권5호
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pp.445-460
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2021
This study experimentally explored the behaviour of 12 concrete filled steel tube (CFST) and steel tube columns subjected to lateral cyclic loading. The L/D ratio was 12.3 while D/t ratios were 45.4, 37.8 and 32.4, classifying these 12 specimens into 3 groups. Each group included 3 CFST and 1 steel tube columns and were tested to failure. The experimental results indicated that CFST specimens reached the state of 'collapse prevention' (drift 4%) prior to the occurrence of local buckling. Strength degradation of CFST specimens did not occur up to the failure by buckling. This showed the favourable characteristic of CFST columns in preventing collapse of structures subjected to earthquakes. The high energy absorption capability in the post collapse limit state was appropriate for dissipating energy in structures. Compared to steel tube columns, CFST columns delayed local buckling and prevented inward buckling. Consequently, CFST columns exhibited their outstanding seismic performance in terms of the increased ultimate resistance, capacity to sustain 2-3 additional load cycles and significantly higher drift. A simple and reasonably accurate model was proposed to predict the ultimate strength of CFST columns under lateral cyclic loading.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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