콘크리트충전 강관 단주의 최대내력은 강관에 의한 내부 콘크리트의 구속효과로 단순누가에 의한 내력보다도 높게 나타난다는 것은 이미 여러 연구자들에 의해 알려져 있다. 본 연구는 강관의 지름-두께비와 콘크리트 강도 그리고 등가 세장비의 변화에 따른 내력 예측식을 여러 연구자들의 실험결과를 이용하여 비교 분석하고 회귀식을 구한다.
콘크리트충전 강관기둥의 외다이아프램 접합부형식에서, 철골보의 하중이 내부의 콘크리트로 전달되는 하중전달 메카니즘이 아직 명확하게 규명되지 않았다. 여기서 각 층에서 철골보의 전단력은 외부의 강관과 내부의 콘크리트 사이의 부착응력에 의해 전달된다고 본다. 따라서 본 연구는 콘크리트충전 강관기둥의 부착응력을 파악하기 위해, 콘크리트면에만 하중을 가하는 단순가력실험을 실시하였다. 콘크리트 종류, 강관의 형상/길이, 이음부의 유무/뒷댐재의 두께 등을 변수로 총 30개의 실험체를 제작하여 실험을 실시했으며, 각 변수에 따른 실험결과를 비교/분석하고자 했다.
This paper reports the results of a recent experimental study into the behavior of welded fin-plate connections to both hollow and concrete filled tubular (CFT) columns under shear. Experiments have been performed at both ambient and elevated temperatures with the aid of an electric kiln. The observed failure modes include fracture of the fin plate and tearing out of the tube around the welds. By considering the results of previously published research, the current design method for similar connections under purely tensile load, in CIDECT Guide 9, based on a deformation limit of 3% of the tube width is shown to be inadequate when evaluating the ultimate strength of such connections. By comparing the results from the current test program which failed in the fin-plate with Eurocode guidance for failure of a fin-plate alone under shear and bending load it is shown that the column face influences the overall connection strength regardless of failure mode. Concrete in-fill is observed to significantly increase the strength of connections over empty specimens, and circular column specimens were observed to exhibit greater strength than similarly proportioned square columns. A finite element (F.E.) model, developed using ABAQUS, is presented and validated against the experimental results in order that extensive parametric tests may be subsequently performed. When validating the model against elevated temperature tests it was found that using reduction factors suggested in published research for the specific steel grades improved results over applying the generic Eurocode elevated temperature steel strength reduction factors.
This study proposes a new and highly-accurate artificial intelligence model, namely ANN-IP, which combines an interior-point (IP) algorithm and artificial neural network (ANN), to improve the axial compression capacity prediction of elliptical concrete-filled steel tubular (CFST) columns. For this purpose, 145 tests of elliptical CFST columns extracted from the literature are used to develop the ANN-IP model. In this regard, axial compression capacity is considered as a function of the column length, the major axis diameter, the minor axis diameter, the thickness of the steel tube, the yield strength of the steel tube, and the compressive strength of concrete. The performance of the ANN-IP model is compared with the ANN-LM model, which uses the robust Levenberg-Marquardt (LM) algorithm to train the ANN model. The comparative results show that the ANN-IP model obtains more magnificent precision (R2 = 0.983, RMSE = 59.963 kN, a20 - index = 0.979) than the ANN-LM model (R2 = 0.938, RMSE = 116.634 kN, a20 - index = 0.890). Finally, a new Graphical User Interface (GUI) tool is developed to use the ANN-IP model for the practical design. In conclusion, this study reveals that the proposed ANN-IP model can properly predict the axial compression capacity of elliptical CFST columns and eliminate the need for conducting costly experiments to some extent.
Patel, Vipulkumar Ishavarbhai;Liang, Qing Quan;Hadi, Muhammad N.S.
Interaction and multiscale mechanics
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제5권2호
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pp.91-104
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2012
There is relatively little numerical study on the behavior of eccentrically loaded high strength rectangular concrete-filled steel tubular (CFST) slender beam-columns with large depth-to-thickness ratios, which may undergo local and global buckling. This paper presents a multiscale numerical model for simulating the interaction local and global buckling behavior of high strength thin-walled rectangular CFST slender beam-columns under eccentric loading. The effects of progressive local buckling are taken into account in the mesoscale model based on fiber element formulations. Computational algorithms based on the M$\ddot{u}$ller's method are developed to obtain complete load-deflection responses of CFST slender beam-columns at the macroscale level. Performance indices are proposed to quantify the performance of CFST slender beam-columns. The accuracy of the multiscale numerical model is examined by comparisons of computer solutions with existing experimental results. The numerical model is utilized to investigate the effects of concrete compressive strength, depth-to-thickness ratio, loading eccentricity ratio and column slenderness ratio on the performance indices. The multiscale numerical model is shown to be accurate and efficient for predicting the interaction buckling behavior of high strength thin-walled CFST slender beam-columns.
Rectangular concrete-filled steel tubular (RCFST) column, a type of concrete-filled steel tubular (CFST), is widely used in compression members of structures because of its advantages. This paper proposes a robust machine learning-based framework for predicting the ultimate compressive strength of RCFST columns under both concentric and eccentric loading. The gradient boosting neural network (GBNN), an efficient and up-to-date ML algorithm, is utilized for developing a predictive model in the proposed framework. A total of 890 experimental data of RCFST columns, which is categorized into two datasets of concentric and eccentric compression, is carefully collected to serve as training and testing purposes. The accuracy of the proposed model is demonstrated by comparing its performance with seven state-of-the-art machine learning methods including decision tree (DT), random forest (RF), support vector machines (SVM), deep learning (DL), adaptive boosting (AdaBoost), extreme gradient boosting (XGBoost), and categorical gradient boosting (CatBoost). Four available design codes, including the European (EC4), American concrete institute (ACI), American institute of steel construction (AISC), and Australian/New Zealand (AS/NZS) are refereed in another comparison. The results demonstrate that the proposed GBNN method is a robust and powerful approach to obtain the ultimate strength of RCFST columns.
Thirteen self-compacting recycled concrete filled aluminium tubular (SCRCFAT) columns were tested under concentric compression loads. The effects of the replacement ratio of the recycled concrete aggregate (RCA) and steel fibre (SF) reinforcement on the structural performance of the SCRCFAT columns were studied. A control specimen (C000) was cast with normal concrete without SF to be reference for comparison. Twelve columns were cast using RCA, six columns were cast using concrete incorporating 2% SF while the rest of columns were cast without SF. Failure mode, ductility, ultimate load capacity, axial deformation, ultimate strains, stress-strain response, and stiffness of the SCRCFAT columns were studied. The results showed that, the peak load of tested SCRCFAT columns incorporating 5-100 % RCA without SF reduced by 2.33-11.28 % compared to that of C000. Conversely, the peak load of tested SCRCFAT columns incorporating 5-100% RCA in addition to 2% SF increased by 21.1-40.25%, compared to C000. Consequently, the ultimate axial deformation (Δ) of column C100 (RCA=100% and SF 0%) increased by about 118.9 % compared to C000. The addition of 2% SF to the concrete mix decreased the axial deformation of SCRCFAT columns compared to those cast with 0% SF. Moreover, the stiffness of the columns cast without SF decreased as the RCA % increased. In contrast, the columns stiffness cast with 2% SF increased by 26.28-89.7 % over that of C000. Finally, a theoretical model was proposed to predict the ultimate loads tested SCRCFAT columns and the obtained theoretical results agreed well with the experimental results.
This paper describes the experimental and numerical investigations of octagonal Concrete-Filled Double Skinned Steel Tube (CFDST) short columns under the influence of various internal sizes of the circular and square steel tubes, with constant cross-sectional dimensions of the external octagonal steel tube under concentric loading. The non-linear finite element analysis of octagonal CFDST columns was executed using the ABAQUS to forecast and compare the axial compression behavior influenced by the various sizes of internal circular and square steel tubes. The study shows that the axial compressive strength and ductility of octagonal CFDST columns were significantly influenced by various internal dimensions of the circular and square steel tubes with the strengths of constituent materials.
The research comprehensively studies the axial compression performance of T-shaped concrete-filled thin-walled steel tubular (CTST) long columns after fire exposure. Initially, a series of tests investigate the effects of heating time, load eccentricity, and stiffeners on the column's performance. Furthermore, Finite Element (FE) analysis is employed to establish temperature and mechanical field models for the T-shaped CTST long column with stiffeners after fire exposure, using carefully determined key parameters such as thermal parameters, constitutive relations, and contact models. In addition, a parametric analysis based on the numerical models is conducted to explore the effects of heating time, section diameter, material strength, and steel ratio on the axial compressive bearing capacity, bending bearing capacity under normal temperature, as well as residual bearing capacity after fire exposure. The results reveal that the maximum lateral deformation occurs near the middle of the span, with bending increasing as heating time and eccentricity rise. Despite a decrease in axial compressive load and bending capacity after fire exposure, the columns still exhibit desirable bearing capacity and deformability. Moreover, the obtained FE results align closely with experimental findings, validating the reliability of the developed numerical models. Additionally, this study proposes a simplified design method to calculate these mechanical property parameters, satisfying the ISO-834 standard. The relative errors between the proposed simplified formulas and FE models remain within 10%, indicating their capability to provide a theoretical reference for practical engineering applications.
This paper presents a combined numerical, experimental, and theoretical study on the behavior of the concrete-filled double circular steel tubular (CFDT) stub columns under axial compressive loading. Four groups of stub column specimens were tested in this study to find out the effects of the concrete strength, steel ratio and diameter ratio on the mechanical behavior of CFDT stub columns. Nonlinear finite element (FE) models were also established to study the stresses of different components in the CFDT stub columns. The change of axial and transverse stresses in the internal and external steel tubes, as well as the change of axial stress in the concrete sandwich and concrete core, respectively, was thoroughly investigated for different CFDT stub columns with the same steel ratio. The influence of inner-to-outer diameter ratio and steel ratio on the ultimate bearing capacity of CFDT stub columns was identified, and a reasonable section configuration with proper inner-to-outer diameter ratio and steel ratio was proposed. Furthermore, a practical formula for predicting the ultimate bearing capacity was proposed based on the ultimate equilibrium principle. The predicted results showed satisfactory agreement with both experimental and numerical results, indicating that the proposed formula is applicable for design purposes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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