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.
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.
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.
The compressive behavior of special-shaped concrete filled tube (CFT) mega column coupled with multiple cavities is studied by testing six columns subjected to cyclically uniaxial compressive load. The six columns include three pentagonal specimens and three hexagonal specimens. The influence of cavity construction, arrangement of reinforcement, concrete strength on failure feature, bearing capacity, stiffness, and residual deformation is examined. Experimental results show that cavity construction and reinforcements make it possible to form a combined confinement effect to in-filled concrete, and the two groups of special-shaped CFT columns show good elastic-plastic compressive behavior. As there is no axial bearing capacity calculation method currently available in any Code of practice for special-shaped CFT columns, values predicted by normal CFT column formulas in GB50936, CECS254, ACI-318, EC4, AISCI-LRFD, CECS159, and AIJ are compared with tested values. The calculated values are lower than the tested values for most columns, thus the predicted bearing capacity is safe. A reasonable calculation method by dividing concrete into active and inactive confined regions is proposed. And high accuracy shows in estimating special-shaped CFT columns either coupled with multiple cavities or not. In addition, a finite element method (FEM) analysis is conducted and the simulated results match the test well.
The purpose of this paper is to investigate the behavior of concrete-filled tube columns for footing connections. Eight specimens were tested to investigate such structural behavior according to the column base type. The specimens consisted of concrete-filled steel tube columns (or bare steel tube columns), reinforced concrete footings, and base plates (or stud connectors). The specimens were subjected to lateral cyclic load. The cyclic load was applied according to a predetermined strength sequence. The results of the experiment indicated that the flexural strength of the stud-connector- type column base is higher than that of the base-plate-type column base. The structural behavior of the concrete-filled tube column base was similar to that of the bare steel column base.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.26
no.6
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pp.204-211
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2022
In this study, Hollow Concrete Filled FRP Tube Pile(HCFFT Pile) was proposed as a model to utilize the advantages of composite piles and solve the problem of corrosion, which is a disadvantage of CFT piles, and a numerical analysis model was developed to analyze their behavior. The strain compatibility method was applied considering the damage plastic behavior of concrete, the yield plastic behavior of steel, and the elastic behavior of FRP. The flexural strength calculation equation of HCFFT piles was proposed considering the change of the FRP tube section according to the distance from the neutral axis. The flexural strength calculation equation, numerical analysis results, and experimental results were compared and analyzed to verify their adequacy. The results of this study can be used as basic data for the optimal design of various HCFFT piles using FRP.
The axial load on the concrete-filled steel tube (CFT) column produces confinement stress, which enhances strength of the core concrete. The amount of strength increase in concrete depends on the magnitude of produced confinement stress. From nonlinear analyses, the ultimate resisting capacity of the CFT columns subjected to axial loads was calculated. Nonlinear material properties such as Poisson's ratio and stress-strain relation were considered in the suggested model, and the maximum confining stress was obtained by multi axial yield criteria of the steel tube. This proposed model was verified by comparing the analytical results with experimental results. Then, regression analyses were conducted to predict the maximum confining stress according to D/t ratio and material properties without rigorous structural analysis. To ensure the validity of the suggested regression formula, various empirical formulas and Eurocode4 design code were compared.
In this study, the time dependent internal stress changes of a Concrete Filled Steel Tube(CFT) column during a fire test were quantitatively analyzed. The strain ratio of a CFT column on the different loads was measured by tensile strength tests in terms of yield strength, tensile strength average extensibility and elasticity modulus. To understand the internal material properties change of concrete in CFT column damaged due to a fire, the compressive strength and elastic modulus tests were measured on a core sample from the center of the steel tube after the fire test. The elastic modulus test measured the strain from the stress. To determine the fire temperature of the test material, a differential thermal analysis was done. From the tested result, the gained data were conducted and an analysis method was suggested. The purpose of this work is to suggest a basic data for structure regulation enactments of the internal fire design of CFT.
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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