A method is proposed to estimate the ultimate strength of rectangular concrete-filled steel tubular (CFT) stub columns under axial compression. The ultimate strength of concrete core is determined by using the conception of the effective lateral confining pressure and a failure criterion of concrete under true triaxial compression, which takes into account the difference between the lateral confining pressure provided by the broad faces of the steel tube and that provided by the narrow faces of the steel tube. The longitudinal steel strength of broad faces and that of the narrow faces of the steel tube are calculated respectively due to that buckling tends to occur earlier and more extensively on the broader faces. Finally, the proposed method is verified with experimental results. Corresponding values of ultimate strength calculated by ACI (2005), AISC (1999) and GJB4142-2000 are given respectively for comparison. It is found from comparison that the proposed method shows a good agreement with the experimental results.
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).
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. HSA800 was compared with the requirements of Korean Standards(KS) for HSA800. Welded square tube 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 local buckling behaviors of stub columns obtained finite element analysis were compared with those of test results.
Recently, high-performance steels have been increasingly used for structural materials in buildings and bridges with the demand for high-rise and long-span of main structures. This paper offers a series of basic study for the design specification of structural members using high performance steel, that is material properties of HSA800 (High-performance rolled steel for building structures). Built-up square tube stub columns with variables of width-to-thickness ratios are planned as a parametric study in order to investigate the local buckling behaviors and check the current design limit of width-to-thickness ratio. In addition, the buckling behaviors of stub columns obtained finite element (FE) analysis were compared with those from experimental tests. The verified FE model was used for parametric study and checked applicability of high-strength steel on current design specification.
This study evaluate the characteristics of stainless steel for the use of stainless steel tubes as structural members. The strength of stainless steel tube was compared with that of steel tube stub-columns through tensile experiment and compressed experiment. The selected experimental parameters were diameter (width)-thickness and section shape. The results of tests showed that stainless steel tubes could be predicted as superior to steel tubes in terms of tensile strength, yield ratio, elongation percentage, and absorption ability of energy. The yield strength of stainless steel tubes were found to be higher than the Korean Standards ($Fy=2.1tf/cm^2$) and the design strength of SIJ-ASD($Fy=2.4tf/cm^2$). It was also higher then the yield strength of steel tubes. The plastic deformation of stainless steel tubes was found to beto that of steel tubes.
Concrete-filled tubes (CFT), formed by an outer steel tube filled with plain or reinforced concrete inside, have been increasingly used these recent decades as columns or beam-columns, especially for tall buildings in seismic areas due to their excellent structural response. This improved behavior is derived from the effect of confinement provided by the tube, since the compressive strength of concrete increases when being subjected to hydrostatic pressure. In circular CFTs under compression, the whole tube is uniformly tensioned due to the radial expansion of concrete. Contrarily, in rectangular and square-shaped CFTs, the lateral flanges become subjected to in-plane bending derived from this volumetric expansion, and this fact implies a reduction of the confinement effect of the core. This study presents a numerical analysis of different configurations of CFT stub columns with inner stiffening plates, limited to the study of the influence of these plates on the compressive behavior without eccentricity. The final purpose is to evaluate the efficiency in terms of strength and ductility of introducing stiffeners into circular and square CFT sections under large deformation axial loading.
This paper aims to analytically investigate the effect of shear stress at the concrete-steel interface on the mechanical behavior of the circular steel tube-confined concrete (STCC) stub columns with active and passive confinement subjected to axial compression. Nonlinear 3D finite element models divided into the four groups, i.e. circumferential-grooved, talc-coated, lubricated, and normal groups, with active and passive confinement were developed. An innovative method was used to simulate the actively-confined specimens, and then, the results of the finite element models were compared with those of the experiments previously conducted by the authors. It was revealed that both the predicted peak compressive strength and stress-strain curves have good agreement with the corresponding values measured for the confined columns. Then, the mechanical properties of the active and passive specimens such as the concrete-steel interaction, longitudinal and hoop stresses of the steel tube, confining pressure applied to the concrete core, and compressive stress-strain curves were analyzed. Furthermore, a parametric study was performed to explore the effects of the concrete compressive strength, steel tube diameter-to-wall thickness ratio, and prestressing level on the compressive behavior of the STCC columns. The results indicate that reducing or removing the interfacial shear stress in the active and passive specimens leads to an increase in the hoop stress and confining pressure, while the longitudinal stress along the steel tube height experiences a decrease. Moreover, prestressing via the presented method is capable of improving the compressive behavior of STCC columns.
Huang, Zhenyu;Huang, Xinxiong;Li, Weiwen;Mei, Liu;Liew, J.Y. Richard
Steel and Composite Structures
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v.31
no.1
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pp.69-83
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2019
This paper investigates the structural behavior of very high strength concrete encased steel composite columns via combined experimental and analytical study. The experimental programme examines stub composite columns under pure compression and eccentric compression. The experimental results show that the high strength encased concrete composite column exhibits brittle post peak behavior and low ductility but has acceptable compressive resistance. The high strength concrete encased composite column subjected to early spalling and initial flexural cracking due to its brittle nature that may degrade the stiffness and ultimate resistance. The analytical study compares the current code methods (ACI 318, Eurocode 4, AISC 360 and Chinese JGJ 138) in predicting the compressive resistance of the high strength concrete encased composite columns to verify the accuracy. The plastic design resistance may not be fully achieved. A database including the concrete encased composite column under concentered and eccentric compression is established to verify the predictions using the proposed elastic, elastoplastic and plastic methods. Image-oriented intelligent recognition tool-based fiber element method is programmed to predict the load resistances. It is found that the plastic method can give an accurate prediction of the load resistance for the encased composite column using normal strength concrete (20-60 MPa) while the elastoplastic method provides reasonably conservative predictions for the encased composite column using high strength concrete (60-120 MPa).
Energy-based methodology is utilized to design novel timber-steel hybrid core wall system. The timber-steel core wall system consists of cross laminated timber (CLT), steel columns, angled brackets and t-stub connections. The CLT wall panels are stiff and strong, and ductility is provided through the steel t-stub connections. The structural system was modelled in SAP2000 finite element program. The hybrid system is explained in detail and validated using first principles. To evaluate performance of the hybrid core system, a 7-story building was designed using both forced-based design and energy based design (EBD) approaches. Performance of the structure was evaluated using 10 earthquakes records selected for 2500 return period and seismicity of Vancouver. The results clearly served as a good example of the benefits of EBD compared to conventional forced based design approaches.
Ultra-high strength concrete and high tensile steel are becoming very attractive materials for high-rise buildings because of the need to reduce member size and structural self-weight. However, limited test data and design guidelines are available to support the applications of high strength materials for building constructions. This paper presents significant findings from comprehensive experimental investigations on the behaviour of tubular columns in-filled with ultra-high strength concrete at ambient and elevated temperatures. A series of tests was conducted to investigate the basic mechanical properties of the high strength materials, and structural behaviour of stub columns under concentric compression, beams under moment and slender beam-columns under concentric and eccentric compression. High tensile steel with yield strength up to 780 MPa and ultra-high strength concrete with compressive cylinder strength up to 180 MPa were used to construct the test specimens. The test results were compared with the predictions using a modified Eurocode 4 approach. In addition, more than 2000 test data samples collected from literature on concrete filled steel tubes with normal and high strength materials were also analysed to formulate the design guide for implementation in practice.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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