Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.33
no.3
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pp.153-158
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2020
In this study, a numerical approach for evaluating the resisting capacity of a partial concrete-filled steel tube (CFST) column is introduced. By strengthening the plastic hinge part of a traditional reinforced concrete column with a steel tube, a partial CFST shows a similar bending moment capacity as that of a full CFST column but with reduced material cost. To conduct an elaborate numerical analysis of a partial CFST column, an improved bond-slip model is applied to a finite element (FE) model at the interface between the steel tube and in-filled concrete. This numerical model is verified through the results of a double curvature bending-compression test. A parametric study with the proposed numerical model is used to obtain the load moment interaction diagrams for evaluating the resisting capacity based on various dimensions. Finally, the required strengthening length is estimated for each degree of thickness of the steel tube, and the failure mechanism of the partial CFST column based on the dimensions of the steel tube are identified.
Hosseinpour, Emad;Baharom, Shahrizan;Badaruzzaman, Wan Hamidon W.;Shariati, Mahdi;Jalali, Abdolrahim
Steel and Composite Structures
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v.26
no.4
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pp.485-499
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2018
In this paper, a hollow steel tube (HST) shear connector is proposed for use in a slim-floor system. The HST welded to a perforated steel beam web and embedded in concrete slab. A total of 10 push-out tests were conducted under static loading to investigate the mechanical behavior of the proposed HST connector. The variables were the shapes (circular, square and rectangular) and sizes of hollow steel tubes, and the compressive strength of the concrete. The failure mode was recorded as: concrete slab compressive failure under the steel tube and concrete tensile splitting failure, where no failure occurred in the HST. Test results show that the square shape HST in filled via concrete strength 40 MPa carried the highest shear load value, showing three times more than the reference specimens. It also recorded less slip behavior, and less compressive failure mode in concrete underneath the square hollow connector in comparison with the circular and rectangular HST connectors in both concrete strengths. The rectangular HST shows a 20% higher shear resistance with a longer width in the load direction in comparison with that in the smaller dimension. The energy absorption capacity values showed 23% and 18% improvements with the square HST rather than a headed shear stud when embedded in concrete strengths of 25 MPa and 40 MPa, respectively. Moreover, an analytical method was proposed and predicts the shear resistance of the HST shear connectors with a standard deviation of 0.14 considering the shape and size of the connectors.
Durability problems may arise in the concrete, which is one of the major construction materials, used in the construction field. Bridge piers and foundation piles are usually made with concrete and they are exposed to the moisture and hence the durability of the concrete reduced significantly due to oxidization of re-bar and icing of concrete. To mitigate such problems, FRP tube has been developed and the concrete filled FRP tube (CFFT) has been investigated to find the confinement effect which is provided additionally. It was reported that if the concrete is wrapped with FRP, strength and chemical resistance are improved significantly. In order to apply such a member in the construction field, structural behavior and applicable design guideline or design criteria must be thoroughly investigated. In the experimental investigation, the results are compared with the previous research results and the relationship which can predict the ultimate strength and strain is suggested. In addition, some comments found at the compression tests are given briefly.
This paper deals with the experimental study on strength the strength and deformation characteristics of short circular Concrete Filled Steel Tube (CFST) columns. Effect of vertical stiffeners on the behavior of the column is studied under axial compressive loading. Intermittently welded vertical stiffeners are used to strengthen the tubes. Stiffeners are attached to the inner surface of tube by welding through pre drilled holes on the tube. The variable of the study is the spacing of the weld between stiffeners and circular tube. A total of 5 specimens with different weld spacing (60 mm, 75 mm, 100 mm, 150 mm and 350 mm) were prepared and tested. Short CFST columns of height 350 mm, outer tube diameter of 165 mm and thickness of 4.5 mm were used in the study. Concrete of cube compressive strength $41N/mm^2$ and steel tubes with yield strength $310N/mm^2$ are adopted. The test results indicate that the strength and deformation of the circular CFST column is found to be significantly influenced by the weld spacing. The ultimate axial load carrying capacity was found to increase by 11% when the spacing of weld is reduced from 350 mm to 60 mm. The vertical stiffeners are found to effective in enhancing the initial stiffness and ductility of CFST columns. The prediction models were developed for strength and deformation of CFST columns. The prediction is found to be in good agreement with the corresponding test data.
This paper presented an experimental study of the bond-slip behavior of reactive powder concrete (RPC)-filled square steel tube. A total of 18 short composite specimens were designed forstatic push-out test, and information on their failure patterns, load-slip behavior and bond strength was presented. The effects of width-to-thickness ratio, height-to-width ratio and the compressive strength of RPC on the bond behavior were discussed. The experimental results show that:(1) the push-out specimens remain intact and no visible local buckling appears on the steel tube, and the interfacial scratches are even more pronounced at the internal steel tube of loading end; (2) the bond load-slip curves with different width-to-thickness ratios can be divided into two types, and the main difference is whether the curves have a drop in load with increasing slip; (3) the bond strength decreases with the increase of the width-to-thickness ratio and height-width ratio, while the influence of RPC strength is not consistent; (4) the slippage has no definite correlation with bond strength and the influence of designed parameters on slippage is not evident. On the basis of the above analysis, the expressions of interface friction stress and mechanical interaction stress are determined by neglecting chemical adhesive force, and the calculation model of bond strength for RPC filled in square steel tube specimens is proposed. The theoretical results agree well with the experimental data.
Cao, Vui Van;Vo, Cuong Trung;Nguyen, Phuoc Trong;Ashraf, Mahmud
Earthquakes and Structures
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v.21
no.5
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pp.445-460
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2021
This study experimentally explored the behaviour of 12 concrete filled steel tube (CFST) and steel tube columns subjected to lateral cyclic loading. The L/D ratio was 12.3 while D/t ratios were 45.4, 37.8 and 32.4, classifying these 12 specimens into 3 groups. Each group included 3 CFST and 1 steel tube columns and were tested to failure. The experimental results indicated that CFST specimens reached the state of 'collapse prevention' (drift 4%) prior to the occurrence of local buckling. Strength degradation of CFST specimens did not occur up to the failure by buckling. This showed the favourable characteristic of CFST columns in preventing collapse of structures subjected to earthquakes. The high energy absorption capability in the post collapse limit state was appropriate for dissipating energy in structures. Compared to steel tube columns, CFST columns delayed local buckling and prevented inward buckling. Consequently, CFST columns exhibited their outstanding seismic performance in terms of the increased ultimate resistance, capacity to sustain 2-3 additional load cycles and significantly higher drift. A simple and reasonably accurate model was proposed to predict the ultimate strength of CFST columns under lateral cyclic loading.
Experimental and analytical work was conducted to investigate the relations of axial force and deformational capacity of concrete-filled square steel tube columns. The test series consisting of 36 columns were tested under the constant axial load and horizontal cyclic load. The axial force of the columns that resisted under the cyclic lateral load was defined as a certified strength of limit axial force. The analytical model was defined as a cantilever beam-column. The axial force of the beam-column that resisted under the cyclic lateral load was defined as an accumulated certified strength of limit axial force. The purpose of this study is to investigate the certified strength of limit axial force of concrete-filled steel tube beam-columns, which were subjected to both axial and lateral load condition corresponding to a given constant rotation angle. Another purpose of this study is to discuss the comparison of the certified strength of limit axial force of concrete and the accumulated certified strength of limit axial force of concrete-filled steel tube columns.
Hollow steel-reinforced concrete-filled GFRP tubular member is a new kind of composite members. Firstly set the mold in the GFRP tube (non-bearing component), then set the longitudinal reinforcements with stirrups (steel reinforcement cage) between the GFRP tube and the mold, and filled the concrete between them. Through the axial compression test of the hollow steel-reinforced concrete-filled GFRP tubular member, the working mechanism and failure modes of composite members were obtained. Based on the experiment, when the load reached the ranges of $55-70%P_u$ ($P_u-ultimate$ load), white cracks appeared on the surface of the GFRP tubes of specimens. At that time, the confinement effects of the GFRP tubes on core concrete were obvious. Keep loading, the ranges of white cracks were expanding, and the confinement effects increased proportionally. In addition, the damages of specimens, which were accompanied with great noise, were marked by fiber breaking and resin cracking on the surface of GFRP tubes, also accompanied with concrete crushing. The bearing capacity of the axially compressed components increased with the increase of reinforcement ratio, and decreased with the increase of hollow ratio. When the reinforcement ratio was increased from 0 to 4.30%, the bearing capacity was increased by about 23%. When the diameter of hollow part was decreased from 55mm to 0, the bearing capacity was increased by about 32%.
Han, Taek Hee;Kim, Hong Jung;Kim, Young Jong;Kang, Young Jong
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.4A
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pp.565-575
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2006
When concrete is confined, its strength is enhanced by confining stress. Thus, increasing confining stress makes concrete strength higher. But a brittle failure may occur in hollow RC(Reinforced Concrete) column although its concrete is confined by transverse reinforcements. This brittle failure results from the absence of internal confinement and it decreases the strength and the ductility of a hollow RC column. To overcome this brittle failure problem, a hollow RC column which has a internal steel tube was developed. In this study, an experiment was performed to investigate the existence of to internal confinement by a settled steel tube. Thirty six specimens were tested and test results show the existence of internal confinement by the increase of concrete strength.
To date, shell-solid and fibre element model analysis are the most commonly used methods to investigate the seismic performance of concrete-filled steel tube (CFST) bridge piers. However, most existing research does not consider the loss of bearing capacity caused by the fracture of the outer steel tube. To fill this knowledge gap, a refined finite element (FE) model considering the ductile damage of steel tubes and the behaviour of infilled concrete with cracks is established and verified against experimental results of unidirectional, bidirectional cyclic loading tests and pseudo-dynamic loading tests. In addition, a parametric study is conducted to investigate the seismic performance of CFST bridge piers with different concrete strength, steel strength, axial compression ratio, slenderness ratio and infilled concrete height using the proposed model. The validation shows that the proposed refined FE model can effectively simulate the residual displacement of CFST bridge piers subjected to highintensity earthquakes. The parametric analysis indicates that CFST piers hold sufficient strength reserves and sound deformation capacity and, thus, possess excellent application prospects for bridge construction in high-intensity areas.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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