This article provides an analysis of the complex character of stress distribution in concrete in stub columns consisting of two HE160A steel sections held together with batten plates and filled with concrete. In such columns, evaluating the effect of concrete confinement and determining the extent of this confinement constitute a substantially complex problem. The issue was considered in close correspondence to rectangular cross section tubular elements filled with concrete, concrete-encased columns, as well as to steel-concrete columns in which reinforcement bars are connected with shackles. In the analysis of concrete confinement in two-chord columns, elements of computational methods developed for different types of composite cross sections were adopted. The achieved analytical results were compared with calculations based on test results.
This paper describes a series of compression tests carried out on concrete filled double skin tubes (CFDST). Both outer and inner tubes are cold-formed circular hollow sections (CHS). Six section sizes were chosen for the outer tubes with diameter-to-thickness ratio ranging from 19 to 57. Two section sizes are chosen for the inner tubes with diameter-to-thickness ratio of 17 and 33. The failure modes, strength, ductility and energy absorption of CFDST are compared with those of empty single skin tubes. Increased ductility and energy absorption have been observed for CFDST especially for those having slender outer tubes with larger diameter-to-thickness ratio. Predictions from several theoretical models are compared with the ultimate strength of CFDST stub columns obtained in the tests. The proposed formula was found to be in good agreement with the experimental data.
The maximum strength of the stainless steel square and the circular hollow section columns, which are cold-formed and TIG welded, is experimented on and analyzed. The paper presents centrally compressed experiments, including stub column tests and coupon tests, on stainless steel pipe columns. A total of 24 stainless steel pipe column experiments are conducted, using the slenderness ratios ($L_k/r$ = 20, 30, 40, 50, 60, 70) as parameters. The experimental results were compared with the design standard curves, AIK-LSD and AISC-LRFD, AIJ-LSD, SIJ-ASD curves, and multiple column curves.
The objective of this study is to investigate the criteria of the width-to-thickness ratio and to evaluate the buckling strength of high strength steel beam-columns and to compare their buckling strength with design codes, which are the Limit State Design code and the Allowable Stress Desogn code(drift). SM520TMC and SM570Q class steels are used for high strength steels. The coupon test and the stub column test were carried out to investigate the properties of high strength steels and the stress-strain curves of stub columns. The buckling strength of high strength steel beam-columns are assessed by numerical analysis used axial force, moment and curvature relationships.
In this paper, a finite element model (FEM) in ATENA-3D software was constructed to investigate the behavior of circular ultra high performance concrete (UHPC) filled steel tube stub columns (UHPC-FSTCs) under concentric loading on concrete core. The "CC3DNonLinCementitious2User" material type for concrete in ATENA-3D software with some modifications of material laws, was adopted to model for UHPC core with consideration the confinement effect. The experimental results obtained from Schneider (2006) were then employed to verify the accuracy of FEM. Extensive parametric analysis was also conducted to examine the influence of concrete compressive strength, steel tube thickness and steel yield strength on the compressive behavior of short circular UHPC-FSTCs. It can be observed that the columns with thicker steel tube show better strength and ductility, the sudden drop of load after initial peak load can be prevented. Based on the regression analysis of the results from parametric study, simplified formulae for predicting ultimate loads and strains were proposed and verified by comparing with previous analytical models, design codes and experimental results.
In this study, circular thin-walled reinforced high strength concrete-filled steel tube (RHSCFST) stub columns with various tube thicknesses (i.e., 1.8, 2.5 and 3.0mm) and reinforcement ratios (i.e., 0, 1.6%, 2.4% and 3.2%) were fabricated to explore the influence of these factors on the axial compressive behavior of RHSCFST. The obtained test results show that the failure mode of RHSCFST transforms from outward buckling and tearing failure to drum failure with the increasing tube thickness. With the tube thickness and reinforcement ratio increased, the ultimate load-carrying capacity, compressive stiffness and ductility of columns increased, while the lateral strain in the stirrup decreased. Comparisons were also made between test results and the existing codes such as AIJ (2008), BS5400 (2005), ACI (2019) and EC4 (2010). It has been found that the existing codes provide conservative predictions for the ultimate load-carrying capacity of RHSCFST. Therefore, an accurate model for the prediction of the ultimate load-carrying capacity of circular thin-walled RHSCFST considering the steel reinforcement is developed, based on the obtained experimental results. It has been found that the model proposed in this study provides more accurate predictions of the ultimate load-carrying capacity than that from existing design codes.
Kim, Tae Soo;Lee, Myung Jae;Oh, Young Suk;Lee, Kang Min;Kim, Do Hwan
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.24
no.6
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pp.627-636
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2012
Recently, high performance(strength) steels have been utilized to structural materials in buildings and bridges with the demand for high-rise and long-span of main structures. This paper is a series of basic study for the design specification of structural members using high performance steel, material properties of high performance rolled steel building structures; material properties of HSA800 steel was compared with the requirements of Korean Standards(KS) for HSA800. Welded H-shape stub columns with variables of width-to-thickness ratios are planned in order to investigate the local buckling behaviors and check the current design limit of width-to-thickness ratio and uniaxial compressive tests are carried out. In addition, the buckling behaviors of stub columns obtained finite element analysis were compared with those of test results.
Large-scale cantilever reinforced concrete (RC) columns with footing/stub were examined to determine their seismic response under a quasi-static increasing-magnitude cyclic lateral loading. Three-dimensional (3D) numerical models of RC columns with ductile and non-ductile reinforcement arrangements were developed in a Finite Element (FE) software, i.e., ABAQUS, to corroborate them with the experimental study conducted by the author. Both simulated models were validated with the experimental results in all respects, and the theoretical axial capacity of columns under concentric axial load (P0) was calculated. Subsequently, a detailed parametric study was conducted by adopting the force and reinforcement variables. These variables include axial compression ratios (ACR) varying from 0.35P0 to 0.7P0 and the amount of lateral reinforcements taken as 0.33% and 1.31% representing the non-ductile and ductile columns, respectively. This research outcome conclusively quantifies the combined effect of ACR levels and lateral reinforcement spacing on the flexural response and ductility characteristics of RC columns. The comparative analysis reveals that increased ACR levels resulted in a severe reduction in strength, deformability and ductility characteristics of both ductile and non-ductile columns. Structural response of ductile columns at higher ACR levels was comparable to the non-ductile columns, nullifying the beneficial effects of ductile design provisions. Higher ACR levels caused decline in pre-peak and post-peak response trajectories, leading to an earlier attainment of peak response at lower drift levels.
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.
It is well known that the ultimate compressive strength of concrete filled tubular stub-column is higher than that of the simplified evaluating value because of the confinement effect of infilled concrete. In this paper, It is compared the experimental results of other researchers with estimated ones by using the formulae. Finally, It is shown that the predicted equation is obtained by using the numerical analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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