This experimental research presents the seismic performance of steel reinforced high-strength concrete (SRHC) short columns. Eleven SRHC column specimens were tested under simulated earthquake loading conditions, including six short column specimens and five normal column specimens. The parameters studied included the axial load level, stirrup details and shear span ratio. The failure modes, critical region length, energy dissipation capacity and deformation capacity, stiffness and strength degradation and shear displacement of SRHC short columns were analyzed in detail. The effects of the parameters on seismic performance were discussed. The test results showed that SRHC short columns exhibited shear-flexure failure characteristics. The critical region length of SRHC short columns could be taken as the whole column height, regardless of axial load level. In comparison to SRHC normal columns, SRHC short columns had weaker energy dissipation capacity and deformation capacity, and experienced faster stiffness degradation and strength degradation. The decrease in energy dissipation and deformation capacity due to the decreasing shear span ratio was more serious when the axial load level was higher. However, SRHC short columns confined by multiple stirrups might possess good seismic behavior with enough deformation capacity (ultimate drift ratio ${\geq}2.5%$), even though a relative large axial load ratio (= 0.38) and relative small structural steel ratio (= 3.58%) were used, and were suitable to be used in tall buildings in earthquake regions.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.11
no.1
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pp.97-118
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2019
Based on Nonlinear Finite Element Analysis (NFEA), this paper focuses on the bi-axial ultimate strength of typical bottom structures under corrosion. On one hand, uniform and not simultaneous corrosion across different structures is introduced, and surrogate models by Gaussian Process (GP) are built for both longitudinal and transverse cases individually, and corresponding probabilistic characteristics are investigated; meanwhile, corrosion effects on interaction between bi-axial stresses at ultimate state are studied. On the other hand, non-uniform localized pitting corrosion of normally distributed circular shapes is introduced, and different pitting corrosion densities are considered; structural bi-axial ultimate strengths under pitting corrosion are studied, and the results are compared with that from equivalent uniform corrosion; the probabilistic characteristics of structural ultimate strength in life cycle are studied; finally, the ultimate strength under randomly distributed pitting corrosion is compared with results from normally distributed pitting and uniform corrosion under various boundary conditions.
Ananthi, G. Beulah Gnana;Roy, Krishanu;Lim, James B.P.
Steel and Composite Structures
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v.31
no.6
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pp.601-615
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2019
In cold-formed steel (CFS) structures, such as trusses, wall frames and columns, the use of back-to-back built-up CFS angle sections are becoming increasingly popular. In such an arrangement, intermediate fasteners are required at discrete points along the length, preventing the angle-sections from buckling independently. Limited research is available in the literature on the axial strength of back-to-back built-up CFS angle sections. The issue is addressed herein. This paper presents the results of 16 experimental tests, conducted on back-to-back built-up CFS screw fastened angle sections under axial compression. A nonlinear finite element model is then described, which includes material non-linearity, geometric imperfections and explicit modelling of the intermediate fasteners. The finite element model was validated against the experimental test results. The validated finite element model was then used for the purpose of a parametric study comprising 66 models. The effect of fastener spacing on axial strength was investigated. Four different cross-sections and two different thicknesses were analyzed in the parametric study, varying the slenderness ratio of the built-up columns from 20 to 120. Axial strengths obtained from the experimental tests and finite element analysis were used to assess the performance of the current design guidelines as per the Direct Strength Method (DSM); obtained comparison showed that the DSM is over-conservative by 13% on average. This paper has therefore proposed improved design rules for the DSM and verified their accuracy against the finite element and test results of back-to-back built-up CFS angle sections under axial compression.
A series of tests was performed to consider the behaviour of short composite columns under axial compressive loading, covering a range of S275 and S355 grade steel square hollow section filled with normal and high strength concrete. The interaction between the steel and the concrete component is considered and the results show that concrete shrinkage has an effect on the axial strength of the column. Comparisons between Eurocode 4, ACI-318 and the Australian Standards with the findings of this research were made. Result showed the equation used by the ACI-318 and the proposed Australian Standards gave better predication for the axial capacity of concrete filled SHS columns than the Eurocode 4.
Stainless steel wire mesh (SSWM) is an alternative material for strengthening of structural elements similar to fiber reinforced polymer (FRP). Finite element (FE) method based Numerical investigation for evaluation of axial strength of SSWM strengthened plain cement concrete (PCC) and reinforced cement concrete (RCC) columns is presented in this paper. PCC columns of 200 mm diameter with height 400 mm, 800 mm and 1200 mm and RCC columns of diameter 200 mm with height of 1200 mm with different number of SSWM wraps are considered for study. The effect of concrete grade, height of column and number of wraps on axial strength is studied using finite element based software ABAQUS. The results of numerical simulation are compared with experimental study and design guidelines specified by ACI 440.2R-08 and CNR-DT 200/2004. As per numerical analysis, an increase in axial capacity of 15.69% to 153.95% and 52.39% to 109.06% is observed for PCC and RCC columns respectively with different number of SSWM wraps.
The weld quality has always been an important factor affecting the development of exposed CFT column-base joint. In this paper, a new type of exposed RCFST column-base joint is proposed, in which the high strength steel bars (USD 685) are set through the column and reinforced concrete foundation without any base plate and anchor bolts. Three specimens, the varying axial force ratio (0, 0.25 and 0.5), were tested under cyclic loadings. In addition, the bending moment capacity, energy dissipation capacity and deformation capacity of column-base joints were clarified. The experimental results indicated that the axial force ratio increases the stiffness and the bending moment and improves the energy dissipation capacity of column-base joints. This is because a large axial force can limit the slip between steel tubular and infilled concrete effectively. The specimens show stable hysteresis behavior.
Bae, Chan Young;Lee, Ji Hyeong;Kim, Sang Woo;Kim, Jin Sup
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.43
no.5
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pp.567-576
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2023
In general, RC beam members are designed as flexural members, considering only the bending load. However, in actual buildings, axial and bending load are simultaneously applied due to the continuity between members. As a result, the bending strength of the RC beam member increases, but the displacement decreases, and cracks are mainly concentrated in the center of the beam. Therefore, in this study, the bending performance of both normal and strengthened RC beam using carbon fiber sheets subjected to combined axial and bending load was experimentally evaluated. The carbon fiber sheets were wrapped around the middle of the specimens, and axial and bending load were applied simultaneously to the beams. The magnitude of the axial force and the effects of carbon fiber sheet reinforcement on the deformed shape, bending strength, deflection, and ductility of the RC beams were analyzed. The results show that as the applied axial force increased, the maximum bending strength increased, but the ductility decreased 64%. The bending strength of the strengthened beams increased up to 27%, the maximum deflection decreased around 8% and the ductility increased by up to 43%.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1993.10a
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pp.156-161
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1993
This paper is to develop steel fiber reinforced polymer-impregnated concrete(SFPIC) by impregnation polymer impregnate into hardened steel fiber reinforced concrete(SFRC). Steel fiber induces ductile behavior and polymer impregnant increase compressive strength. Steel fiber reinforced polymer-impregnated concrete specimens are prepared with fiber contents of 0.0, 1.5, 2.0, 2.5% and tested to obtain uni-axial and bi-axial compression strengths, tensile strength and flexural strength. The strength and mechanical properties of normal concrete, SFRC, SFPIC are compared.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2001.10a
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pp.269-276
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2001
Tubular structures are widely used for offshore platforms and truss type structures. In this paper, nonlinear finite element analysis is used to assess the static strength of stiffened tubular T-joints subjected to compressive brace loading. This joints was modelled with and without internal ring stiffener According to variation of ring geometries, the effect of ring stiffener for T-joints are investigated. Internal ring stiffener is found to be efficient improving ultimate strength of tubular joints. Relations of ring thickness and axial strength are observed considering geometric parameters of ring stiffeners.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.14
no.6
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pp.100-108
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2010
The axial strength of existing RC columns were experimentally investigated in this paper to understand the strength characteristics of existing structural members and to get a appropriate data in strengthening design of RC members in a remodelling construction. Ten RC columns were prepared by being cut and extracted directly from the demolition site of the apartment housings. Each column was tested under uniaxial loadings with different eccentricities in order to evaluate the axial strength of existing RC columns. From the test results, it was found that axial strength of all the specimens were at least 75% higher than those of the theoretical values required by current code. But member displacement ductility ratio were relatively low ranging from 2.12~5.86.
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