The interaction between steel tube and concrete core is the key design considerations for concrete-filled steel tube columns. In a concrete-filled steel tube (CFST) column, the steel tube provides confinement to the concrete core which permits the composite action among the steel tube and the concrete. Due to construction faults and plastic shrinkage of concrete, the debonding separation at the steel-concrete interface weakens the confinement effect, and hence affects the behaviour and bearing capacity of the composite member. This study investigates the axial loading behavior of the concrete filled circular steel tube columns with debonding separation. A three-dimensional nonlinear finite element model of CFST composite columns with introduced debonding gap was developed. The results from the finite element analysis captured successfully the experimental behaviours. The calibrated finite element models were then utilized to assess the influence of concrete strength, steel yield stress and the steel-concrete ratio on the debonding behaviour. The findings indicate a likely significant drop in the load carrying capacity with the increase of the size of the debonding gap. A design formula is proposed to reduce the load carrying capacity with the presence of debonding separation.
In the field of composite structures, the use of carbon tube for the confinement of concrete has been arisen since 1990's. However, experimental and analytical studies were limited to those of reinforced concrete and concrete filled steel tube. The carbon tube provides excellent confinement capabilities for concrete cores, enhancing compressive strength and ductility of concrete significantly. The carbon tube has high tensile strength, light weight, corrosion immunity and high fatigue strength properties. Since carbon fiber is an anisotropic material, carbon tube could be optimized by adjusting the fiber orientation, thickness and the number of different layers. In this study, both experimental and analytical studies of axial and lateral behavior of full-scale CFCT (Concrete Filled Carbon Tube) columns subjected to monotonic axial load were carried out using Drucker-Prager theory. And, based on comparison results between experiment results and analytical results, k factor estimation was proposed for effective analysis.
This study investigates the eccentric performance of concrete-filled steel tubular (CFST) stub columns strengthened with steel tube and sandwiched concrete (STSC) jackets. It was revealed that the STSC jacketing method effectively weakened the cracking of concrete in CFST columns on the convex side and the crash on the concave side. Substantial increases in the eccentric bearing capacities were demonstrated after strengthening. A numerical study was further conducted. The decrease in diameter-to-thickness ratio and increase in strength of outer tube contributed to increase in peak load of all components, whereas the increase in sandwiched concrete strength resulted in load increase on itself and had negligible effects on other components. The parametric study showed the effect of inner concrete strength on columns' bearing capacity was magnified after strengthening, whereas that of inner tube thickness was reduced. Within the parameters investigated, high-strength concrete and high-strength steel can be applied without the concern of early abrupt failure of inner low-strength concrete or steel tube.
Journal of The Korean Digital Architecture Interior Association
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v.11
no.2
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pp.31-39
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2011
Concrete-filled steel tube(CFT) columns have become popular for building construction due to not only composite effect of steel tube and infilled concrete, but also more economical. The purpose of this paper is to propose the applicable boundary formula of width-to-thickness ratio for rectangular steel tube as using CFT column. A parametric study was performed taking width-to-thickness ratio of rectangular steel tube and compressive strength of concrete as the main parameter. The strength of concrete are selected to 30, 60, 90MPa. The non-linear analysis was adopted in order to take into account the effect of concrete strength. Finally, from the test and analysis results, the effect of increasing strength according to concrete strength and width-to-thickness of steel tube and plastic behavior of specimens were verified distinctly.
Park, Chun-Young;Lee, Jin-Sung;Song, Jong-Mok;Kim, Hyo-Youl;Kang, Byeung-Hee
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2008.11a
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pp.117-120
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2008
The Purpose of this is properties of CFT filled with expansion concrete. CFT(concrete filled steel tube) is the structure that circle shape steel column filled with concrete. 3 kinds of expansive additives and variation of replacement rate. we changed expansive additive from 0%, 10%, 20%, 30% of ratio of addition rate are selected for this experiment. Merits of CFT are concrete internal force rising influenced by steel shape restriction, reinforcing the local buckling, excellent resistance to transformation. Generally, High rise building using CFT utilize the high strength and fluidity concrete for packing the tube inside. As the result a steel tube charged expensive concrete has stiffness 1.5times more than a steel tube not charged concrete. Increase of resisting power about compressive stress by binding expansion of expansive concrete affects strength increase and softness.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.8
no.5
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pp.59-65
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2008
Recently, to improve the load carrying capacity of column structures such as bridge piers, application to concrete-filled steel tube(CFT) type columns are increased more and more. To design the concrete-filled steel tube(CFT) columns in accuracy, influence of material and geometry properties and aspect ratio on ultimate strength of the concrete-filled steel tube column is investigated by experimental researches. In this investigation, the ultimate strength distribution of the concrete-filled steel tube column in accordance with diameter-thickness ratio(D/t) and steel-concrete area ratio(As/Ac) are clarified by the compressive tests. Futhermore, parametric experimental investigation on concrete target strength is performed. It was known from experimental observation that ultimate strength of concrete-filled steel tube column under axial compressive loading more depends on section properties of steel tube rather than concrete strength.
Kim Hong Jung;Han Taek Hee;Kang Young Jong;Jung Doo Suk
Proceedings of the KSR Conference
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2003.10b
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pp.501-509
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2003
The confining effect of concrete was studied when a steel tube is set at the inside face of a hollow reinforced concrete column. To investigate the confining effect by a steel tube, 36 specimens were tested and compared. Test results show that the inserted steel tube provide sufficient confinement to the confining effect depends on the thickness of the steel tube. And also, test results show that the provided confinement by a steel tube increase the strength of concrete.
Recycled aggregate concrete (RAC) is rarely used in load-carrying structural members. To widen its structural application, the compressive behavior of a promising type of composite column, steel-fiber reinforced polymer (FRP) double-tube confined RAC column, has been experimentally and analytically investigated in this study. The objectives are the different performance of such columns from their counterparts using natural aggregate concrete (NAC) and the different mechanisms of the double-tube and single-tube confined concrete. The single-tube confined concrete refers to that in concrete-filled steel tubular (CFST) columns and concrete-filled FRP tubular (CFFT) columns. The test results showed that the use of recycled coarse aggregates (RCA) affected the axial load-strain response in terms of deformation capacity but such effect could be eliminated with the increasing confinement. The composite effect can be triggered by the double confinement of the steel and carbon FRP (CFRP) tubes but not by the steel and polyethylene terephthalate (PET) FRP tubes. The proposed analysis-oriented stress-strain model is capable to capture the load-deformation history of such steel-FRP double-tube confined concrete columns under axial compression.
In the present study, a Finite Element Model has been developed and used to study the effect of diameter to wall thickness ratio (D/t) of steel tube filled with concrete under axial loading on its behavior and load carrying capacity. The model is verified by comparing its findings with available experimental results. Influence of thickness and area of steel tube on strength, ductility, confinement and failure mode shapes has been studied. Strength enhancement factors, load factor, confinement contribution, percentage of steel and ductility index are defined and introduced for the assessment. A parametric study by varying length and thickness of tube has been carried out. Diameter of tube kept constant and equals to 140 mm while thickness has been varied between 1 mm and 6 mm. Equations were developed to find out the ultimate load and confined concrete strength of concrete. Variation of lateral confining pressure along the length of concrete cylinder was obtained and found that it varies along the length. The increase in length of tubes has a minimal effect on strength of tube but it affects the failure mode shapes. The findings indicate that optimum use of materials can be achieved by deciding the thickness of steel tube. A better ductility index can be obtained with the use of higher thickness of tube.
Concrete filled FRP tube has lately attracted attention as the member that can substitute the conventional reinforced concrete. Glass fiber and carbon fiber are some of available materials for FRP tube. Carbon tube is filament wound with specified winding angle to meet the appropriate capacity demands. Confinement effect of carbon tube is varied according to winding angle. In this study, a total 4 of large scale circular specimens of 30cm diameter and 60cm height is tested. To estimate the effect of winding angle and thickness of carbon tube on the increased confined compressive strength, the test tube are wound with $\pm45^{\circ}\;and\;\pm30^{\circ}$ with two types of thickness, 2mm and 3mm, respectively. It is shown that effectively increased confined strength and ductility are observed from the specimens with $\pm45^{\circ}$ winding angle than $\pm30^{\circ}$ winding angle. Increasing thickness is not as effective as adjusting winding angle for the confinement of concrete core.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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