Park, Kuk-Dong;Hwang, Won-Sup;Kim, Hee-Ju;Jun, Myung-Il
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.22
no.4
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pp.365-375
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2010
Concrete-filled steel tube columns are expected to have confined effects of the steel on the concrete and reinforced local buckling effects of the concrete. After comparing the results of existing studies with the experimental results from this study, the stress-strain relations were modified by evaluating the load-displacement with consideration of the confined effects. The effects of the parameters on the load-displacement and moment-curvature relationship according to the sectional and material properties were analyzed.
This paper consists of two parts; the first part describes the laboratory work concerning the behavior of lightweight aggregate concrete filled steel tubes (LACFT). Based on eccentricity tests, fifty-four specimens with different slenderness ratios (L/D= 3, 7, and 14) were tested. The main parameters varied in the test are: load eccentricity; steel ratio; and slenderness ratio. The standard load-strain curves of LACFT columns under eccentric loading were summarized and significant parameters affecting LACFT column's bearing capacity, failure mechanism and failure mode such as confinement effect and bond strength were all studied and analyzed through the comparison with predicted strength of concrete filled steel tube columns (CFT) using the existing codes such as AISC-LRFD (1999), CHN DBJ 13-51-2003 (2003) and CHN CECS 28:90 (1990). The second part of this paper presents the results of parametric study and introduces a practical and accurate method for determination of the maximum compressive strength of confined concrete core ($f_{max}$), In addition to, the study of the effect of aspect-ratio and length-width ratio on the yield stress of steel tubes ( $f_{sy}$) under biaxial state of stress in CFT columns and the effect of these two factors on the ultimate load carrying capacity of axially loaded CFT/LACFT columns.
In the areas highly exposed to earthquakes, concrete-filled steel tube columns (CFSTCs) are known to provide superior structural aspects such as (i) high strength for good seismic performance (ii) high ductility (iii) enhanced energy absorption (iv) confining pressure to concrete, (v) high section modulus, etc. Numerous studies were reported on behavior of CFSTCs under axial compression loadings. This paper presents an analytical model to predict ultimate load capacity of CFSTCs with circular sections under axial load by using multivariate adaptive regression splines (MARS). MARS is a nonlinear and non-parametric regression methodology. After careful study of literature, 150 comprehensive experimental data presented in the previous studies were examined to prepare a data set and the dependent variables such as geometrical and mechanical properties of circular CFST system have been identified. Basically, MARS model establishes a relation between predictors and dependent variables. Separate regression lines can be formed through the concept of divide and conquers strategy. About 70% of the consolidated data has been used for development of model and the rest of the data has been used for validation of the model. Proper care has been taken such that the input data consists of all ranges of variables. From the studies, it is noted that the predicted ultimate axial load capacity of CFSTCs is found to match with the corresponding experimental observations of literature.
A new form of composite column, concrete-filled round-ended steel tubes (CFRTs), has been proposed as piers or columns in bridges and high-rise building and has great potential to be used in civil engineering. Hence, the objective of this paper presents an experimental and numerical investigation on the flexural behavior of CFRTs through combined experimental results and ABAQUS standard solver. The failure mode was discussed in detail and the specimens all behaved in a very ductile manner. The effect of different parameters, including the steel ratio and aspect ratio, on the flexural behavior of CFRTs was further investigated. Furthermore, the feasibility and accuracy of the numerical method was verified by comparing the FE and experimental results. The moment vs. curvature curves of CFRTs during the loading process were analyzed in detail. The development of the stress and strain distributions in the core concrete and steel tube was investigated based on FE models. The composite action between the core concrete and steel tube was discussed and clarified. In addition, the load transfer mechanism of CFRT under bending was introduced comprehensively. Finally, the predicted ultimate moment according to corresponding designed formula is in good agreement with the experimental results.
This paper aims to explore the mechanical behavior and moment-rotation model of blind bolted joints between concrete-filled double skin steel tubular columns and steel-concrete composite beams. For this type of joint, the inner tube and sandwiched concrete were additionally identified as basic components compared with CFST blind bolted joint. A modified moment-rotation model for this type of connection was developed, of which the compatibility condition and mechanical equilibrium were employed to determine the internal forces of basic components and neutral axis. Following this, load transfer mechanism among the inner tube, sandwiched concrete and outer tube was discussed to assert the action area of the components. Subsequently, assembly processes of basic coefficients in terms of their stiffness and resistances based on the component method by simplifying them as assemblages of springs in series or in parallel. Finally, an experimental investigation on four substructure joints with CFDST columns for validation purposes was carried out to capture the connection details. The predicted results derived from the mechanical models coincided well with the experimental results. It is demonstrated that the proposed mechanical model is capable of evaluating the complete moment-rotation relationships of blind bolted CFDST column composite connections.
Naghipour, Morteza;Khalili, Aidin;Hasani, Seyed Mohammad Reza;Nematzadeh, Mahdi
Steel and Composite Structures
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v.42
no.2
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pp.191-207
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2022
Undoubtedly, the employment of direct bond interaction between steel and concrete is preceding the other mechanisms because of its ease of construction. However, the large scatter in the experimental data about the issue has hindered the efforts to characterize bond strength. In the following research, the direct bond interaction and bond-slip behavior of CFTs with circular cross-section were examined through repeated load-reversed push-out tests until four cycles of loading. The influence of different parameters including the diameter of the tube and the use of shear tabs were assessed. Moreover, the utilization of expansive concrete and external spirals was proposed and tested as ways of improving bond strength. According to the results section dimensions, tube slenderness, shrinkage potential of concrete, interface roughness and confinement are key factors in a natural bond. Larger diameters will lead to a considerable drop in bond strength. The use of shear tabs by their associated bending moments increases the bond stress up to eight times. Furthermore, employment of external spirals and expansive concrete have a sensible effect on enhancing bonds. Macro-locking was also found to be the main component in achieving bond strength.
This paper studies the lateral impact behavior of ultra-high performance fiber-reinforced concrete (UHPFRC) filled double-skin steel tubular (UHPFRCFDST) columns. The impact force, midspan deflection, and strain histories were recorded. Based on the test results, the influences of drop height, axial load, concrete type, and steel tube wall thickness on the impact resistance of UHPFRCFDST members were analyzed. LS-DYNA software was used to establish a finite element (FE) model of UHPFRC filled steel tubular members. The failure modes and histories of impact force and midspan deflection of specimens were obtained. The simulation results were compared to the test results, which demonstrated the accuracy of the finite element analysis (FEA) model. Finally, the effects of the steel tube thickness, impact energy, type of concrete and impact indenter shape, and void ratio on the lateral impact performances of the UHPFRCFDST columns were analyzed.
Lee, Seong Hui;Choi, Young Hwan;Yom, Kyong Soo;Kim, Jin Ho;Choi, Sung Mo
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.20
no.5
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pp.645-653
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2008
Welded built-up square tubes are manufactured by flare welding at the center of the column width for cold-formed L-shaped four-piece plates and improved composite effect of concrete and steel by vertical inner anchor. Also, the axial resistance of concrete is increased by the thinness of the steel column, and the composite effect of concrete and steel prevents the steel column from local buckling. In this study, we introduced a manufacturing method of built-up square column steel square concrete-filled tubular column with vertical inner anchor and superior structural performance of the square stub column verified by the structural test for 15 specimens with parameters of shape of tube (built-up square tube, general steel tube), width over thickness of the steel tube (B/t=50, 58, 67) and the strength of concrete (f'c=10MPa, 50MPa).
This paper presents the seismic behaviors and restoring force model of ring beam joints of steel tube-reinforced concrete column structure under cyclic loading. First, the main failure mode, ultimate bearing capacity, stiffness degradation and energy dissipation capacity are studied. Then, the effects of concrete grade, steel grade, reinforcement ratio and radius-to-width ratios are discussed. Finally, the restoring force model is proposed. Results show that the ring beam joints of steel tube-reinforced concrete column structure performs good seismic performances. With concrete grade increasing, the ultimate bearing capacity and energy dissipation capacity increase, while the stiffness degradation rates increases slightly. When the radius-width ratio is 2, with reinforcement ratio increasing, the ultimate bearing capacity decreases. However, when the radius-to-width ratios are 3, with reinforcement ratio increasing, the ultimate bearing capacity increases. With radius-to-width ratios increasing, the ultimate bearing capacity decreases slightly and the stiffness degradation rate increases, but the energy dissipation capacity increases slightly.
Experimental studies were carried out with test parameters: diaphragm yield type and beam yield type, the opening hole size of inner steel diaphragm, and the existence of slab in order to understand the behavior of beam-to-concrete filled steel tube column rigid connections under cyclic loading condition. Test results show that the connections have good rotational capacity when the beam yields first and the joints should be designed such that the beam yields prior to the inner diaphragms.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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