• Steel and Composite Structures
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• 제1권1호
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• pp.51-74
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• 2001

A series of tests on concrete-filled SHS (Square Hollow Section) stub columns (twenty), columns (eight) and beam-columns (twenty one) were carried out. The main parameters varied in the tests are (1) Confinement factor (${\xi}$) from 1.08 to 5.64, (2) concrete compression strength from 10.7MPa to 36.6MPa, (3) tube width to thickness ratio from 20.5 to 36.5. (4) load eccentricity (e) from 15 mm to 80 mm and (5) column slenderness (${\lambda}$) from 45 to 75. A mechanics model is developed in this paper for concrete-filled SHS stub columns, columns and beam-columns. A unified theory is described where a confinement factor (${\xi}$) is introduced to describe the composite action between the steel tube and filled concrete. The predicted load versus axial strain relationship is in good agreement with stub column test results. Simplified models are derived for section capacities and modulus in different stages of the composite sections. The predicted beam-column strength is compared with that of 331 beam-column tests with a wide range of parameters. A good agreement is obtained. The predicted load versus midspan deflection relationship for beam-columns is in good agreement with test results. A simplified model is developed for calculating the member capacity of concrete-filled SHS columns. Comparisons are made with predicted columns strengths using the existing codes such as LRFD (AISC 1994), AIJ (1997), and EC4 (1996). Simplified interaction curves are derived for concrete-filled beam-columns.

• Steel and Composite Structures
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• 제33권2호
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• pp.181-194
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• 2019

This paper presents an efficient approach to generate a new empirical formula to predict the axial compression capacity (ACC) of circular concrete-filled tube (CCFT) columns using the artificial neural network (ANN). A total of 258 test results extracted from the literature were used to develop the ANN models. The ANN model having the highest correlation coefficient (R) and the lowest mean square error (MSE) was determined as the best model. Stability analysis, sensitivity analysis, and a parametric study were carried out to estimate the stability of the ANN model and to investigate the main contributing factors on the ACC of CCFT columns. Stability analysis revealed that the ANN model was more stable than several existing formulae. Whereas, the sensitivity analysis and parametric study showed that the outer diameter of the steel tube was the most sensitive parameter. Additionally, using the validated ANN model, a new empirical formula was derived for predicting the ACC of CCFT columns. Obviously, a higher accuracy of the proposed empirical formula was achieved compared to the existing formulae.

• Steel and Composite Structures
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• 제44권3호
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• pp.423-436
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• 2022

This paper proposes an innovative thin-walled square concrete filled steel tubular (CFST) column with an octagonal/circular lining steel tube, in which the outer steel tube and the inner liner are fabricated independently of each other and connected by slot-weld or self-tapping screw connections. Twelve thin-walled square CFST columns were tested under quasi-static loading, considering the parameters of liner type, connection type between the square tube and liner, yield strength of steel tube, and the axial load ratio. The seismic performance of the thin-walled square CFST columns is effectively improved by the octagonal and circular liners, and all the liner-stiffened specimens showed an excellent ductile behavior with the ultimate draft ratios being much larger than 1/50 and the ductility coefficients being generally higher than 4.0. The energy dissipation abilities of the specimens with circular liners and self-tapping screw connections were superior to those with octagonal liner and slot-weld connections. Based on the test results, both the finite element (FE) and simplified theoretical models were established, considering the post-buckling strength of the thin-walled square steel tube and the confinement effect of the liners, and the proposed models well predicted the hysteretic behavior of the liner-stiffened specimens.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제20권6호
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• pp.711-722
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• 2008

기존 콘크리트충전 각형강관(CFT) 구조에 사용하는 각형강관은 4개의 판을 용접하여 제작하는 박스칼럼이 일반적이다. 그러나 이러한 강관은 제작효율이 저하되며, 또한 기둥-보 접합부에는 내측 다이아프램과 관통 다이아프램을 용접하는데 특수한 용접기술이 필요하다. 따라서, 얇은 강판을 절곡하는 방식으로 응력집중 위치의 용접을 피하고, 단면효율이 극대화된 내부앵커 돌출형의 각형강관을 개발하게 되었다. 본 연구에서는 이 개발된 강관의 기둥-보 접합부로 외다이아프램형식을 채택하고. 보 플랜지의 응력 전달을 명확히 하기 위한 기둥-보 접합부 상세를 확 정하고자 이 접합부에 대한 단순인장 실험체를 제작하여 성능평가 실험을 수행하였다. 이 실험을 통해 콘크리트충전 기둥-보 접합부의 기둥-보 플랜지 용접 유무, 기둥-다이아프램 용접량, 콘크리트 충전유무, 다이아프램 설치 기둥과 일반기둥의 비교 등에 따른 인장영역 응력분포 및 내력평가를 진행하고 내부 앵커와 콘크리트 사이의 합성효과를 파악하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제27권1호
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• pp.43-52
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• 2015

구조물의 기둥은 층에 따라 받는 내력이 상이함에도 시공의 오차를 줄이고 구조설계의 편의를 위해 상부층부터 하부층의 기둥단면은 동일하게 설계되고 있다. 그럼에도 불가피하게 상하부의 기둥의 단면이 상이하는 경우가 발생된다. 예를들어 초고층 구조물 또는 증축 및 보수에 의해 기둥을 보강할 경우이다. 이렇듯. 선 기둥과 후 피복이 되는 기둥을 피복충전형 콘크리트 충전기둥이라 할 때, 가력조건이 다르므로 재하상태를 나뉘어 구조적 안정성을 확인할 필요가 있다. 그럼에도 국내외적으로 가력조건에 따른 합성기둥에 대한 내력과 변형연구는 전무한 상태에 있다. 따라서 본 연구에서는 구조실험을 통해 가력조건 및 콘크리트 강도, 피복두께 변화에 의한 피복충전형 콘크리트 각형 기둥의 내력과 거동을 분석하였다.

• Steel and Composite Structures
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• 제18권4호
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• pp.833-852
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• 2015

Self-compacting Concrete Filled steel Tubes (SCFT), which combines the advantages of steel and concrete materials, can be applied to strengthen the RC columns. In order to investigate the eccentric loading behavior of the strengthened columns, this paper presents an experimental and numerical investigation on them. The experimental results showed that the use of SCFT is interesting since the ductility and the bearing capacity of the RC columns are greatly improved. And the performance of strengthened columns is significantly affected by four parameters: column section type (circular and square), wall thickness of the steel tube, designed strength grade of strengthening concrete and initial eccentricity. In the numerical program, a generic fiber element model which takes in account the effect of confinement is developed to predict the behavior of the strengthened columns subjected to eccentric loading. After the fiber element analysis was verified against experimental results, a simple design formula based on the model is proposed to calculate the ultimate eccentric strength. Calibration of the calculated results against the test results shows that the design formula closely estimates the ultimate capacities of the eccentrically compressed strengthened columns by 5%.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제28권2호
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• pp.75-83
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• 2016

기존 콘크리트충전 각형강관(CFT) 구조에 사용하는 각형강관은 4개의 판을 용접하여 제작하는 박스칼럼이 일반적이다. 그러나 이러한 강관은 제작효율이 저하되며, 또한 기둥-보 접합부에는 내측 다이아프램과 관통 다이아프램을 용접하는데 특수한 용접기술이 필요하다. 따라서, 얇은 강판을 절곡하는 방식으로 응력집중 위치의 용접을 피하고, 단면효율이 극대화된 내부앵커 돌출형의 용접조립 각형강관을 개발하게 되었다. 용접조립 각형강관은 강관내부에 스티프너가 설치되어 내측 다이아프램과 관통 다이아프램과 간섭이 발생하게 되므로 본 연구에서는 용접조립 각형CFT 기둥-보 접합부로 외다이아프램형식을 채택하고 외다이아프램의 설계식을 제안하였으며, 기둥-보 접합부의 거동을 파악하기 위해 실대형 4개 실험체를 제작하여 구조거동 및 내력을 분석하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제20권5호
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• pp.655-663
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• 2008

본 연구에서는 콘크리트충전 원형강관(원형 CFT)기둥의 내화성능을 평가하기 위하여 수치해석을 수행하였다. 강관은 SPSR 400 강재를 사용하였으며 강관 내에는 27.5MPa와 37.8MPa 강도의 콘크리트를 사용하였다. 콘크리트 강도, 작용 축력, 단면 직경을 변수로 설정하였다. 수치해석의 정확성을 검증하기 위하여, 기존의 각국 내화성능설계식들에 의한 계산 결과값과 비교 평가 하였다. 또한, 기존의 실대 원형 CFT기둥의 내화성능 평가 실험 결과와 함께 비교 분석하여 수치해석의 타당성을 검증하였다. 원형 CFT기둥의 내화실험 및 수치해석적 연구를 통해 도출된 내화저항시간과 축력비, 단면직경, 콘크리트 강도의 영향을 각형 CFT기둥의 내화성능과 비교 분석하여 각 영향인자들의 영향을 평가하였다. 본 연구의 수치해석적 연구는 실험결과와 비슷한 거동 및 내화성능을 보였다. 따라서 본 연구에서의 수치해석에 의한 CFT기둥의 내화 성능 예측은 타당하다고 판단된다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제8권4호
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• pp.1-10
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• 2004

반복 횡하중을 받는 콘트리트 충진 탄소섬유 튜브 기둥의 휨거동을 분석하기 위하여 실험을 수행하였다. 콘크리트 충진 각형 탄소섬유 튜부 기둥의 휨거동에 영향을 미치는 탄소섬유의 와인딩 각도와 두께를 변수로 선택하여 거동을 평가하였다. 콘트리트 충진 탄소섬유 튜브 기둥의 휨거동 보다 정확하게 분석하기 위하여 설정된 두 변수를 동시에 고려하였다. 실험의 결과에서 얻어진 하중-변형 곡선을 이용하여 콘크리트 충진 각형 탄소섬유 튜브 기둥이 휨강도, 변형능력 및 에너지 소산능력을 조사하였다. 또한 기존 구조물과의 비교를 위하여 철근콘크리트 조적벽과 콘크리트를 충진한 각형 탄소섬유 튜브 기둥과의 연성 능력을 비교 평가하였다.

• Steel and Composite Structures
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• 제30권2호
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• pp.185-199
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• 2019

Modular construction is an emerging technology to accommodate the increasing restrictions in terms of construction period, energy efficiency and environmental impacts, since each structural module is prefabricated offsite beforehand and assembled onsite using industrialized techniques. However, some innate structural drawbacks of this innovative method are also distinct, such as connection tying inaccessibility, column instability and system robustness. This study aims to explore the theoretical and numerical stability analysis of a tenon-connected square hollow section (SHS) steel column to address the tying and stability issue in modular construction. Due to the excellent performance of composite structures in fire resistance and buckling prevention, concrete-filled steel tube (CFST) columns are also taken into account in the analysis to evaluate the feasibility of adopting composite sections in modular buildings. Characteristic equations with three variables, i.e., the length ratio, the bending stiffness ratio and the rotational stiffness ratio, are generated from the fourth-order governing differential equations. The rotational stiffness ratio is recognized as the most significant factor, with interval analysis conducted for its mechanical significance and domain. Numerical analysis using ABAQUS is conducted for validation of characteristic equations. Recommendations and instructions in predicting the buckling performance of both SHS and CFST columns are then proposed.