Double skin composite walls are alternatives to concrete walls to resist gravity load in structures. The composite action between steel faceplates and concrete core largely depends on the internal mechanical connectors. This paper investigates the structural behavior of novel composite wall system with T section and under combined compressive force and bending moment. The truss connectors are used to bond the steel faceplates to concrete core. Four short specimens were designed and tested under eccentric compression. The influences of the thickness of steel faceplates, the truss spacing, and the thickness of web wall were discussed based on the test results. The N-M interaction curves by AISC 360, Eurocode 4, and CECS 159 were compared with the test data. It was found that AISC 360 provided the most reasonable predictions.
Kim, Chang-Soo;Gong, Yu;Zhang, Xin;Hwang, Hyeon-Jong
Advances in concrete construction
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v.9
no.3
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pp.289-299
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2020
To investigate the long-term behavior of eccentrically loaded RC columns, which are more realistic in practice than concentrically loaded RC columns, long-term eccentric loading tests were conducted for 10 RC columns. Test parameters included concrete compressive strength, reinforcement ratio, bar yield strength, eccentricity ratio, slenderness ratio, and loading pattern. Test results showed that the strain and curvature of the columns increased with time, and concrete forces were gradually transferred to longitudinal bars due to the creep and shrinkage of concrete. The long-term behavior of the columns varied with the test parameters, and long-term effects were more pronounced in the case of using the lower strength concrete, lower strength steel, lower bar ratio, fewer loading-step, higher eccentricity ratio, and higher slenderness ratio. However, in all the columns, no longitudinal bars were yielded under service loads at the final measuring day. Meanwhile, the numerical analysis modeling using the ultimate creep coefficient and ultimate shrinkage strain measured from cylinder tests gave quite good predictions for the behavior of the columns.
To study the eccentric compression behavior of ultra-high performance fiber reinforced concrete (UHPFRC) columns, six UHPFRC columns and one high-strength concrete (HSC) column were tested. Variation parameters include load eccentricity, volume of steel fibers and stirrup ratio. The crack pattern, failure mode, bearing capacity, and deformation of the specimens were studied. The results showed that the UHPFRC columns had different failure modes. The large eccentric compression failure mode was the longitudinal tensile reinforcements yielded and many horizontal cracks appeared in the tension zone. The small eccentric compression failure mode was the longitudinal compressive reinforcements yielded and vertical cracks appeared in the compressive zone. Because of the bridging effect of steel fibers, the number of cracks significantly increased, and the width of cracks decreased. The load-deflection curves of the UHPFRC columns showed gradually descending without sudden dropping, indicating that the specimens had better deformation. The finite element (FE) analysis was performed to stimulate the damage process of the specimens with monotonic loading. The concrete damaged plasticity (CDP) model was adopted to characterize the behaviour of UHPFRC. The contribution of the UHPFRC tensile strength was considered in the bearing capacity, and the theoretical calculation formulas were derived. The theoretical calculation results were consistent with the test results. This research can provide the experimental and theoretical basis for UHPFRC columns in engineering applications.
Bahrami, Alireza;Badaruzzaman, Wan Hamidon Wan;Osman, Siti Aminah
Computers and Concrete
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v.9
no.6
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pp.403-426
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2012
This paper deals with the structural behaviour of tapered concrete-filled steel composite (TCFSC) columns under eccentric loading. Finite element software LUSAS is used to perform the nonlinear analyses to predict the structural behaviour of the columns. Results from the finite element modelling and existing experimental test are compared to verify the accuracy of the modelling. It is demonstrated that they correlate reasonably well with each other; therefore, the proposed finite element modelling is absolutely accurate to predict the structural behaviour of the columns. Nonlinear analyses are carried out to investigate the behaviour of the columns where the main parameters are: (1) tapered angle (from $0^{\circ}$ to $2.75^{\circ}$); (2) steel wall thickness (from 3 mm to 4 mm); (3) load eccentricity (15 mm and 30 mm); (4) L/H ratio (from 10.67 to 17.33); (5) concrete compressive strength (from 30 MPa to 60 MPa); (6) steel yield stress (from 250 MPa to 495 MPa). Results are depicted in the form of load versus mid-height deflection plots. Effects of various tapered angles, steel wall thicknesses, and L/H ratios on the ultimate load capacity, ductility and stiffness of the columns are studied. Effects of different load eccentricities, concrete compressive strengths and steel yield stresses on the ultimate load capacity of the columns are also examined. It is concluded from the study that the parameters considerably influence the structural behaviour of the columns.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.2
no.2
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pp.129-134
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2002
The strength and durability of concrete are affected by various factors such as the quality of material, mixing ratio, construction, the method of cure, time elapsed. the condition of test and etc., it is very difficult to pre-estimate the strength of concrete with the use of experimental specimen. The domestic standard of specimen cylindrical type and its sizes are both l0cm$\times$20cm and 15cm$\times$30cm, which are prescribed in KS F2405, and the loading speed is prescribed to test with 2~3kgf/$\textrm{cm}^2$ per second. The loading speed should have great effect on the compressive strength, but in reality in the construction site sometimes the loading speed is applied so dubiously that the value of the compressive strength can be unreliable. And the cross sectional area of a specimen should be level and smooth, otherwise it can be broken at a lower stress than the real strength through the eccentric or intensive working of the load. Capping should be carried out in order to measure the strength correctly. And used for capping are various materials such as capping compound, cement glue, plaster, mechanical grinding and etc. In this study, therefore, I have carried out an experiment on the relationship among the loading speed, the ratio of height to diameter of specimen, the method of capping, and the compressive strength, for the efficient quality control of concrete structures. So this study has been purposed to provide some basic data that can be used effectively at construction sites.
The application of double-skin composite wall should meet different layout plans. However, most available research focused on the rectangular section with uniform axial compression. In this research, the structural behavior of double-skin composite wall with L section was studied. Due to the unsymmetric geometric characteristics, the considered loading condition combined the axial compression and biaxial bending. Five specimens were designed and tested under eccentric compression. The variables in the test included the width of the web wall, the truss spacing, the thickness of the steel faceplate, and the thickness of the web wall. The test results were discussed in terms of the load-displacement responses, buckling behavior, stiffness, ductility, strength utilization, strain distribution. Two modern codes were employed to predict the interaction between the axial compression and the biaxial bending. The method to calculate the available bending moment along the two directions was proposed. It was found that CECS 159:2004 offers more suitable results than AISC 360.
An experimental study on the stress-strain relation of PVC-CFRP confined reinforced concrete columns subjected to eccentric compression was carried out. Two parameters, such as the CFRP strips spacing and eccentricity of axial load, were considered. The experimental results showed that all specimens failed by compressive yield of longitudinal steel bar and rupture of CFRP strips. The bearing capacity of specimen decreases as the eccentricity or the CFRP strips spacing increases. The stress-strain relation of specimens undergoes two stages: parabolic and linear stages. In the parabolic stage, the slope of stress-strain curve decreases gradually as the eccentricity of axial loading increases while the CFRP strips spacing has little effect on the slope of stress-strain curve. For the linear stage, the slope of stress-strain curve decreases as the eccentricity of axial load or the CFRP strips spacing increases. A model for predicting the stress-strain relation of columns under eccentric compression is proposed and it agrees well with various test data.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1997.10a
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pp.442-445
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1997
With increasing use of high strength concrete tied columns in structural engineering, it becomes necessary to examine the applicability of related sections of current design codes. High strength concrete has an advantage of strength capacity and stiffness especially for column elements. This paper presents an experimental study of high strength concrete tied columns subjected to eccentric loading. The main variables included in this test were concrete compressive strength, steel amount, eccentricity, and slenderness ratio. The concrete compressive strength varied from 34.9Mpa(356kg/$\textrm{cm}^2$
) to 93.2Mpa(951kg/$\textrm{cm}^2$
) and the longitudinal steel ratios were between 1.1% and 5.5%. The eccentricity was selected for the different failure modes, i.e., compression control, balanced point, and tension control. The slenderness ratio varied from 19 to 61. The column specimens with same slenderness ratio but with different concrete compressive strength were constructed and tested. The purpose of this paper is to show failure modes of high strength reinforced concrete columns.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1997.04a
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pp.468-474
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1997
High strength concrete is a more effective material for columns subject to axial force and moment than for other structural elements. The purpose of this study is to review strength calculation methods for high strength concrete columus by comparison of analytical values and experimental results. The variables of column test under eccentric loading were concrete compressive strength, longitudinal steel ratio, and eccentricity of load. The tied column sections of 120×120mm and 210×210mm were tested and the eccentricity of load varied in the range from 0.16 times to 0.54 times the column depth. The analytical results using the stress-strain relationship to 0.54 times the column depth. The analytical results using the stress-strain relationship as well as the ACI's rectangular block, Zia's modified block, and the trapezoidal block are compared with experimentally obtained data, and discussed in this paper.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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