Rush, David;Bisby, Luke;Jowsey, Allan;Melandinos, Athan;Lane, Barbara
Steel and Composite Structures
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제12권4호
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pp.325-350
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2012
Concrete filled steel hollow structural sections (CFSs) are an efficient, sustainable, and attractive option for both ambient temperature and fire resistance design of columns in multi-storey buildings and are becoming increasingly common in modern construction practice around the world. Whilst the design of these sections at ambient temperatures is reasonably well understood, and models to predict the strength and failure modes of these elements at ambient temperatures correlate well with observations from tests, this appears not to be true in the case of fire resistant design. This paper reviews available data from furnace tests on CFS columns and assesses the statistical confidence in available fire resistance design models/approaches used in North America and Europe. This is done using a meta-analysis comparing the available experimental data from large-scale standard fire tests performed around the world against fire resistance predictions from design codes. It is shown that available design approaches carry a very large uncertainty of prediction, suggesting that they fail to properly account for fundamental aspects of the underlying thermal response and/or structural mechanics during fire. Current North American fire resistance design approaches for CFS columns are shown to be considerably less conservative, on average, than those used in Europe.
본 논문에는 압측실험 결과에 근거한 원형강관의 구조적인 거동 및 설계강도에 대하여 기술하였다. 원형강관 기둥의 극한강도는 직경-두께비 및 세장비에 의하여 결정된다. 원형강관의 직경-두께비가 큰 경우 전체좌굴 발생 이전에 탄성 및 비탄성 국부좌굴이 일어나게 되어 기둥강도를 감소시키게 된다. 원형강관의 국부좌굴이 기둥강도에 미치는 영향을 연구하기 위하여 두께 2.8mm, 3.2 mm인 SM400 강판을 용접하여 직경-두께비 45에서 170까지인 원형강관을 제작하여 압축실험을 수행하였다. 실험결과에 따르면 직경-두께비가 현행 설계기준의 항복한계보다 작은 원형강관의 경우에도 비탄성국부좌굴이 발생하였으나 상당한 크기의 후좌굴강도를 보여 최대응력은 항복강도를 상회하였다. 도로교설계기준(2005)에 의한 허용응력은 실험결과와 비교하여 상당히 안전치로 나타났다. 최근에 개발된 직접강도법을 원형강관에 적용하기 위하여 실험 및 수치해석 결과와 비교한 결과, 제안된 직접강도법은 국부좌굴과 전체좌굴의 혼합 유무와 상관없이 원형강관 기둥의 극한강도를 적절하게 예측할 수 있는 것으로 나타났다.
한국지진공학회 2000년도 춘계 학술발표회 논문집 Proceedings of EESK Conference-Spring
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pp.290-297
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2000
A new form of construction utilizing structural steel as the boundary elements in ductile flexural concrete walls is proposed to solve the bar congestion problems associated with such a heavily reinforced region. Two wall specimens containing rectangular hollow structural sections(HSS) and channels at their ends respectively were constructed rectangular hollow structural sections(HSS) and channels ar their ends respectively were constructed and tested under reversed cyclic loading to evaluate the construction process as well as the structural performance. One companion standard reinforced concrete wall specimen was also tested for the comparison purpose At an Initial stage all three specimens were carefully detailed to have the approximately same flexural capacity. Analysis and comparison of test results indicated that the reversed cyclic responses of the three walls showed similar hysteretic properties but in those with steel boundaries local bucking of the corresponding steel elements following significant yielding of structural steel was prominent. Design procedures considering local instability of the structural steel elements and the interaction between steel chord and concrete web members in such composite walls are presented.
This paper reports a series of component tests on a lightweight floor system and a method to predict the natural frequency of the floor using a frame analysis program. Full-scale floor tests are also briefly described. DuraGal steel Rectangular Hollow Sections (in-line galvanised RHS) are used as joists, bearers and piers in DuraGal lightweight floor systems. A structural grade particleboard is used as decking. Connection stiffness between different components (bearer, joist, pier and floor decking) was determined. A 40% composite action was achieved between the RHS joist and the particleboard. Both 2D and 3D models were developed to study the effect of connection stiffness on predicting the natural frequency of DuraGal lightweight floor systems. It has been found that the degree of shear connection between the bearer and the joist has a significant influence on the floor natural frequency. The predicted natural frequencies are compared with measured values from full scale floor testing.
Tests on steel tubular columns of square, rectangular and circular section filled with normal and lightweight aggregate concrete were conducted to investigate the failure modes of such composite columns. Thirty-six full scale columns filled with lightweight and normal weight aggregate concrete, eighteen specimens for each, were tested under axial loads. Nine hollow steel sections of similar specimens were also tested and results were compared to those of filled sections. The test results were illustrated by a number of load-deflection and axial deformation curves. The results showed that both types of filled columns failed due to overall buckling, while hollow steel columns failed due to bulging at their ends (local buckling). According to the above-mentioned results, and due to low specific gravity and thermal conductivity of the lightweight concrete the further interest should be concentrated in replacing the normal concrete by the lightweight aggregate concrete.
This study involves a series of experiments on the buckling strength of eccentrically compressed cold-formed stainless steel square hollow-section columns. The principal parameters in this study are slenderness ratios ($L_k/r$ = 30, 50, 70) and magnitude of eccentricity e (0, 25, 50, 75, 100 mm) on the symmetrical end-moment. The objectives of this paper are to obtain the buckling loads by conducting a series of experiments and to compare the behavior of the eccentrically compressed cold-formed stainless steel square hollow-section columns with the results of the analysis. The ultimate buckling strength of the square-section members were determined with the use of a numerical method in accordance with the bending moment-axial force (M-P) interaction curves. The behavior of each specimen was displayed in the form of a moment-radian (M-${\theta}$) relationship. The numerically obtained ultimate-buckling interaction curves of the beam columns coincided with the results of the experiments.
The investigation on the behaviour of cold-formed stainless steel non-slender circular hollow section columns is presented in this paper. The normal strength austenitic stainless steel type 304 and the high strength duplex materials (austenitic-ferritic approximately equivalent to EN 1.4462 and UNS S31803) were considered in this study. The finite element method has been used to carry out the investigation. The columns were compressed between fixed ends at different column lengths. The geometric and material nonlinearities have been included in the finite element analysis. The column strengths and failure modes were predicted. An extensive parametric study was carried out to study the effects of normal and high strength materials on cold-formed stainless steel non-slender circular hollow section columns. The column strengths predicted from the finite element analysis were compared with the design strengths calculated using the American Specification, Australian/New Zealand Standard and European Code for cold-formed stainless steel structures. The numerical results showed that the design rules specified in the American, Australian/New Zealand and European specifications are generally unconservative for the cold-formed stainless steel non-slender circular hollow section columns of normal and high strength materials, except for the short columns and some of the high strength stainless steel columns. Therefore, different values of the imperfection factor and limiting slenderness in the European Code design rules were proposed for cold-formed stainless steel non-slender circular hollow section columns.
국내 PC공장은 PC 유공 슬래브를 생산하기 위해 자동화 설비를 도입하거나 매입물 삽입을 통해 중공 단면을 구현하지만 PC공장의 과다한 초기투자비용이 생산원가의 증가라는 주요 원인으로 작용하기에 다른 대안이 필요한 상황이다. 따라서 본 연구에서는 PC 유공 슬래브 부재 생산시 고무 튜브를 내부 속빈 공간을 형성하는 거푸집으로 사용함으로써 다양한 중공 형상의 성형 및 대단면화, 초경량화, 신속생산 대응 가능을 통한 생산성 확보에 기여하고자 한다.
본 논문은 새로운 냉간성형 각형강관 T형 접합부의 최대내력과 변형제한치에 대한 연구이다. 새로운 T형 접합부의 형상은 지관을 주관에 대하여 $45^{\circ}$ 회전시켜서 용접하는 형상이고, 지난 보고의 지관 $45^{\circ}$ 회전형 T형 접합부 실험결과 중에서 주관플랜지 휨 파괴가 지배하는 접합부만을 대상으로 설정하였다. $16.7{\leq}2{\gamma}(=B/T){\leq}33.3$ 이고 $0.27{\leq}{\beta}(=b1/B){\leq}0.6$ 범위의 지관 $45^{\circ}$ 회전형 T형 접합부에 대하여, 최대내력을 정의를 위한 변형제한치는 주관폭의 3% 변형량(3%B)으로 제안하였다. 기본형에 대한 기존의 항복선모델을 검토하고, 지관 회전형에 대한 새로운 항복선모델을 제안하였다. 최종적으로 항복선해석에 근거한 내력식과 실험결과를 비교하고, 제안내력식의 적용범위를 제시하였다.
The effect of element interaction and material nonlinearity on the ultimate capacity of stainless steel plated cross-sections is investigated in this paper. The focus of the research lies in cross-sections failing by local buckling; member instabilities, distortional buckling and interactions thereof with local buckling are not considered. The cross-sections investigated include rectangular hollow sections (RHS), I sections and parallel flange channels (PFC). Based on previous finite element investigations of structural stainless steel stub columns, parametric studies were conducted and the ultimate capacity of the aforementioned cross-sections with a range of element slendernesses and aspect ratios has been obtained. Various design methods, including the effective width approach, the direct strength method (DSM), the continuous strength method (CSM) and a design method based on regression analysis, which accounts for element interaction, were assessed on the basis of the numerical results, and the relative merits and weaknesses of each design approach have been highlighted. Element interaction has been shown to be significant for slender cross-sections, whilst the behaviour of stocky cross-sections is more strongly influenced by the material strain-hardening characteristics. A modification to the continuous strength method has been proposed to allow for the effect of element interaction, which leads to more reliable ultimate capacity predictions. Comparisons with available test data have also been made to demonstrate the enhanced accuracy of the proposed method and its suitability for the treatment of local buckling in stainless steel cross-sections.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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