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.
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.
The strength of steel in a concrete filled steel tube (CFT) is reduced in a fire, but the concrete filled structurally ensures the fire resistance due to its high thermal capacity. This research analyzed the fire resistance performance due to the variances of concrete strength filled inside of steel tube and the load ratios, which can influence on the fire resistance of CFT. As $280{\times}280{\times}6$ CFT columns with the concrete strengths of 24 MPa and 40 MPa and the axial load ratios of 0.9, 0.6, and 0.2 in accordance with KS F 2257-1 and 7 were heated with loading to examine the fire resistance performance, the fire resistance used to 24 MPa concrete showed 27, 113, and 180 minutes according to the axial load ratios, 0.9, 0.6, and 0.2 respectively. In case of 40 MPa concrete, the fire resistance were turned out to be 19 and 28 minutes for the axial load ratios, 0.9 and 0.6 respectively. The results of fire resistance with 40 MPa concrete showed the much lower fire resistance performance than those of 24 MPa concrete. In case of 40 MPa, the fire resistance performance was not increased significantly according to the axial load ratio than that of 24 MPa. The main reason why the higher concrete strength showed lower fire resistance than that of lower guessed the internal stress had the concrete strength weak.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2006.05a
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pp.166-169
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2006
A new bridge system described in this paper uses concrete-filled steel tube (CFT) girders as a replacement for conventional girders. Experimental investigations were carried out to comprehend the flexural behavior of CFT girder-slab deck composite section. The experimental investigation consisted of designing and constructing a test specimen and loading it to collapse in bending to check the applicability of the system. The test results showed that concrete filled steel tube girders have good ductility and maintain its strength up to the end of the loading. In the test, the flexural behavior of each specimen of CFT girder-deck composite section is identified.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1999.10a
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pp.579-582
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1999
This paper represents the results of experiments designed to investigate the time-dependent response of concrete and steel tube in circular concrete-filled steel tubes, as are deployed extensively in high-rise building construction. The experiments were performed for creep of concrete and CFT column specimens with three loading cases. The creep coefficient and specific creep(unit creep) obtained from the test results were used for estimating and comparing the time-dependent response of each case. From these analyses, it is show that CFT-column has many merits for long-term behavior.
The objective of this paper is to investigate the mechanical performances of polygonal concrete-filled circular steel tubular (CFT) stub columns under axial loading through combined experimental and numerical study. A total of 32 specimens were designed to investigate the effect of the concrete strength and steel ratio on the compressive behavior of polygonal CFT stub columns. The ultimate bearing capacity, ductility and confinement effect were analyzed based on the experimental results and the failure modes were discussed in detail. Besides, ABAQUS was adopted to establish the three dimensional FE model. The composite action between the core concrete and steel tube was further discussed and clarified. It was found that the behavior of CFT stub column changes with the change of the cross-section, and the change is continuous. Finally, based on both experimental and numerical results, a unified formula was developed to estimate the ultimate bearing capacity of polygonal CFT stub columns according to the superposition principle with rational simplification. The predicted results showed satisfactory agreement with both experimental and FE results.
Park, Sung-Moo;Kang, Joo-Won;Kim, Won-Ho;Lee, Hyung-Seok
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.2
no.4
s.6
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pp.53-60
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2002
An analytic study on the bond stress between steel tube and concrete in concrete filled steel(CFT) rectangular column is presented in this paper. Recently buildings need members which are enhanced durability and ductility. Concrete filled rectangular column system is proposed as alternative plan. In this paper, ABAQUS/Standard Version 5.8 which is identified as usefulness for finite element analysis and has various element library is used. The variables in this study are the location and type of shear-connector. The modeling on contact problem practiced by Contact Pair and Contact Pressure method. In the step of physical bond, it is practiced by Change friction option After yielding of models, analytic results is less than that of experimental results.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.15
no.1
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pp.95-102
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2011
The CFT columns used in thin-walled steel tubes can be more economical, because it was expected the increase of strength by restriction for the local buckling of steel tubes. The purpose of this paper is to review feasibility of existing design formula and verify the applicability limit of width-to-thickness ratio for increasing the strength of rectangular CFT columns. As the main parameters of experiments, width-to-thickness ratios of steel tube, height of rectangular concrete columns, and concrete filled or not. The strength of concrete are selected to 90MPa. From the test results, the confinement effect of steel tube on the compressive strength of infilled concrete is remarkably appeared in the thin-walled rectangular steel tube columns infilled wih high strength concrete. By the non-linear analysis, the axial strength from experiment result was given higher than analysis result for all CFT stub columns.
A composite member made of concrete-filled steel tubes (CFT columns) has been recognized for its fire resistance due to the thermal mass effect of concrete inside the steel tube, as shown in various studies. In this study, the fire resistance performance of reinforced CFT columns under constant axial load was evaluated using finite element analysis with ABAQUS. For this purpose, the variables including cross-section size, steel tube thickness, and concrete cover thickness were set, and the temperature distribution in the column cross-section exposed to a standard fire was investigated using heat transfer analysis. Ultimately, a P-M interaction curve was obtained by evaluating the overall residual strength of columns, and the fire resistance time was determined by evaluating axial displacement-time responses due to the reduction in load capacity during fire through stress analysis.
A method is proposed to estimate the ultimate strength of rectangular concrete-filled steel tubular (CFT) stub columns under axial compression. The ultimate strength of concrete core is determined by using the conception of the effective lateral confining pressure and a failure criterion of concrete under true triaxial compression, which takes into account the difference between the lateral confining pressure provided by the broad faces of the steel tube and that provided by the narrow faces of the steel tube. The longitudinal steel strength of broad faces and that of the narrow faces of the steel tube are calculated respectively due to that buckling tends to occur earlier and more extensively on the broader faces. Finally, the proposed method is verified with experimental results. Corresponding values of ultimate strength calculated by ACI (2005), AISC (1999) and GJB4142-2000 are given respectively for comparison. It is found from comparison that the proposed method shows a good agreement with the experimental results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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