Circular concrete filled steel tube (CFST) columns have an advantage over all other sections when they are used in compression members. This paper proposes a new approach for deriving a new empirical equation to predict the axial compressive capacity of circular CFST columns using the Artificial Neural Network (ANN). The developed ANN model uses 5 input parameters that include the diameter of circular steel tube, the length of the column, the thickness of steel tube, the steel yield strength and the compressive strength of concrete. The only output parameter is the axial compressive capacity. Training and testing the developed ANN model was carried out using 219 available sets of data collected from the experimental results in the literature. An empirical equation is then proposed as an important result of this study, which is practically used to predict the axial compressive capacity of a circular CFST column. To evaluate the performance of the developed ANN model and the proposed equation, the predicted results are compared with those of the empirical equations stated in the current design codes and other models. It is shown that the proposed equation can predict the axial compressive capacity of circular CFST columns more accurately than other methods. This is confirmed by the high accuracy of a large number of existing test results. Finally, the parametric study result is analyzed for the proposed ANN equation to consider the effect of the input parameters on axial compressive strength.
This study addresses the load capacity prediction of circular concrete-filled steel tube (CFST) columns under axial compression using current design codes. Design methods given in the Chinese code CECS 28:2012 (2012), American code AISC 360-10 (2010) and EC4 (2004) are presented and described briefly. A wide range of experimental data of 353 CFST columns is used to evaluate the applicability of CECS 28:2012 in calculating the strength of circular CFST columns. AISC 360-10 and EC4 (2004) are also compared with the test results. The comparisons indicate that all three codes give conservative predictions for both short and long CFST columns. The effects of concrete strength, steel strength and diameter-to-thickness ratio on the accuracy of prediction according to CECS 28:2012 are discussed, which indicate a possibility of extending the limitations on the material strengths and diameter-to-thickness ratio to higher values. A revised equation for slenderness reduction factor in CECS 28:2012 is given.
Faxing Ding;Changbin Liao;Chang He;Wei Gao;Liping Wang;Fei Lyu;Yuanguang Qiu;Jianjun Yang
Computers and Concrete
/
제31권2호
/
pp.123-137
/
2023
To fully understand shear mechanisms and composite effects of circular concrete-filled steel tube (CFST) columns, systematic numerical investigations were conducted in this paper by improved finite element models. The triaxial plastic-damage constitutive model of the concrete and the interactions between the concrete and steel tube were considered. Afterwards, the critical and upper bound shear span ratios of the circular CFST column under lateral shear loading were determined. The composite effects between the two materials were analyzed by comparing the shear resistance with plain concrete column and hollow steel tube. In addition, a method that predicts the shear bearing capacity of a circular CFST column was proposed. The confining effects on the concrete core and the restraining effects on the steel tube were considered in this method. The proposed formula can predict more accurate results than the methods in different codes and references.
Cao, Vui Van;Vo, Cuong Trung;Nguyen, Phuoc Trong;Ashraf, Mahmud
Earthquakes and Structures
/
제21권5호
/
pp.445-460
/
2021
This study experimentally explored the behaviour of 12 concrete filled steel tube (CFST) and steel tube columns subjected to lateral cyclic loading. The L/D ratio was 12.3 while D/t ratios were 45.4, 37.8 and 32.4, classifying these 12 specimens into 3 groups. Each group included 3 CFST and 1 steel tube columns and were tested to failure. The experimental results indicated that CFST specimens reached the state of 'collapse prevention' (drift 4%) prior to the occurrence of local buckling. Strength degradation of CFST specimens did not occur up to the failure by buckling. This showed the favourable characteristic of CFST columns in preventing collapse of structures subjected to earthquakes. The high energy absorption capability in the post collapse limit state was appropriate for dissipating energy in structures. Compared to steel tube columns, CFST columns delayed local buckling and prevented inward buckling. Consequently, CFST columns exhibited their outstanding seismic performance in terms of the increased ultimate resistance, capacity to sustain 2-3 additional load cycles and significantly higher drift. A simple and reasonably accurate model was proposed to predict the ultimate strength of CFST columns under lateral cyclic loading.
David Medall;Carmen Ibanez;Ana Espinos;Manuel L. Romero
Steel and Composite Structures
/
제49권5호
/
pp.533-546
/
2023
Cost-effective solutions provided by composite construction are gaining popularity which, in turn, promotes the appearance on the market of new types of composite sections that allow not only to take advantage of the synergy of steel and concrete working together at room temperature, but also to improve their behaviour at high temperatures. When combined with high performance materials, significant load-bearing capacities can be achieved even with reduced cross-sectional dimensions. Steel-reinforced concrete-filled steel tubular (SR-CFST) columns are one of these innovative composite sections, where an open steel profile is embedded into a CFST section. Besides the renowned benefits of these typologies at room temperature, the fire protection offered by the surrounding concrete to the inner steel profile, gives them an enhanced fire performance which delays its loss of mechanical capacity in a fire scenario. The experimental evidence on the fire behaviour of SR-CFST columns is still scarce, particularly when combined with high performance materials. However, it is being much needed for the development of specific design provisions that consider the use of the inner steel profile in CFST columns. In this work, a new experimental program on the thermo-mechanical behaviour of SR-CFST columns is presented to extend the available experimental database. Ten SR-CFST stub columns, with circular and square geometries, combining high strength steel and concrete were tested. It was seen that the circular specimens reached higher failure times than the square columns, with the failure time increasing both when high strength steel was used at the embedded steel profile and high strength concrete was used as infill. Finally, different proposals for the reduction coefficients of high performance materials were assessed in the prediction of the cross-sectional fire resistance of the SR-CFST columns.
In order to investigate the interface debonding defects detection mechanism between steel tube and concrete core of concrete-filled steel tubes (CFSTs), multi-physical fields coupling finite element models constituted of a surface mounted Piezoceramic Lead Zirconate Titanate (PZT) actuator, an embedded PZT sensor and a circular cross section of CFST column are established. The stress wave initiation and propagation induced by the PZT actuator under sinusoidal and sweep frequency excitations are simulated with a two dimensional (2D) plain strain analysis and the difference of stress wave fields close to the interface debonding defect and within the cross section of the CFST members without and with debonding defects are compared in time domain. The linearity and stability of the embedded PZT response under sinusoidal signals with different frequencies and amplitudes are validated. The relationship between the amplitudes of stress wave and the measurement distances in a healthy CFST cross section is also studied. Meanwhile, the responses of PZT sensor under both sinusoidal and sweep frequency excitations are compared and the influence of debonding defect depth and length on the output voltage is also illustrated. The results show the output voltage signal amplitude and head wave arriving time are affected significantly by debonding defects. Moreover, the measurement of PZT sensor is sensitive to the initiation of interface debonding defects. Furthermore, wavelet packet analysis on the voltage signal under sweep frequency excitations is carried out and a normalized wavelet packet energy index (NWPEI) is defined to identify the interfacial debonding. The value of NWPEI attenuates with the increase in the dimension of debonding defects. The results help understand the debonding defects detection mechanism for circular CFST members with PZT technique.
Concrete filled steel tube (CFST) structures have recently seen wide use in China, but studies of the shear problem of CFST are inadequate. This paper presents an experimental study on the shear capacity of circular concrete filled steel tube (CCFT) specimens with and without axial compression force. Shear capacity, ductility, and damage modes of CCFTs were investigated and compared. Test results revealed the following: 1) CCFTs with a small shear span ratio may fail in shear in a ductile manner; 2) Several factors including section size, material properties, shear span ratio, axial compression ratio, and confinement index affect the shear capacity of CCFTs. Based on test results and analysis, this paper proposes a design formula for the shear capacity of CCFTs.
Alhatmey, Ihssan A.;Ekmekyapar, Talha;Alrebeh, Salih K.
Advances in concrete construction
/
제6권5호
/
pp.485-507
/
2018
Concrete-Filled Steel Tube (CFST) columns are an increasingly popular means to support great compressive loads in buildings. The residual strength capacity of CFST stub columns may be utilized to assess the potential damage caused by fire and calculate the structural fire protection for least post-fire repair. Ten specimens under room conditions and 10 specimens under fire exposure to the Eurocode smouldering slow-growth fire were tested to examine the effects of diameter to thickness D/t ratio and reinforcing bars on residual strength capacity, ductility and stiffness of CFST stub columns. On the other hand, in sixteen among the twenty specimens, three or six reinforcing bars were welded inside the steel tube. The longitudinal strains in the steel tube and load-displacement relationships were recorded throughout the subsequent compressive tests. Corresponding values of residual strength capacity calculated using AISC 360-10 and EC4 standards are presented for comparison purposes with the experimental results of this study. The test results showed that after exposure to $750^{\circ}C$, the residual strength capacity increased for all specimens, while the ductility and stiffness were slightly decreased. The comparison results showed that the predicted residual strength using EC4 were close to those obtained experimentally in this research.
Ci, Junchang;Ahmed, Mizan;Tran, Viet-Linh;Jia, Hong;Chen, Shicai;Nguyen, Tan N.
Steel and Composite Structures
/
제43권6호
/
pp.689-706
/
2022
Thin-walled square concrete-filled double steel tubular (CFDST) columns composed of the inner circular tube filled with concrete can be used to carry the large axial loads or strengthen existing CFST columns in composite constructions. This paper reports an experimental program carried out on short square CFDST columns loaded concentrically. The influences of important column parameters on the post-buckling performance of such columns are investigated. Test results exhibit that the inner circular tube significantly improves the ultimate loads and the ductility of such columns compared to conventional concrete-filled steel tubular (CFST) and double-skin CFST (DCFST) columns with an inner void. A mathematical model developed is used to simulate the ultimate strengths and load-strain curves of such columns loaded axially. Furthermore, the ultimate strengths of such columns are predicted using existing codified design models for conventional CFST columns as well as the formulas proposed by previous researchers and compared against a large database comprising 500 CFDST columns. Lastly, an accurate artificial neural network model is developed for the practical applications of such columns under axial loading.
In this paper, the dynamic flexural stiffness of concrete-filled steel tubular (CFST) members is investigated based on vibration modal testing and a Bayesian model updating procedure. To reflect the actual service states of CFST members, a 3-stage modal testing procedure is developed for 6 circular CFST beam-columns, in which the modal parameters of the specimens under varying axial load levels are extracted. In the model updating procedure, a Timoshenko beam element model is first established, in which the influence of shear deformation and rotational inertia are incorporated. Subsequently, a 2-round Bayesian model updating strategy is proposed to calculate the dynamic flexural stiffness of the specimens, which could effectively consider the influence of physical constraints in the updating process and achieve reasonably well results. Analysis of the updating results shows that with the increase of the axial load level, degradation of the flexural stiffness is significantly influenced by the load eccentricity. It shows that the cracking of the core concrete is the primary reason for the flexural stiffness degradation of CFST beam-columns. Finally, based on comparison with equations proposed by several design standards, the calculation methods for the dynamic flexural stiffness of CFST members is recommended.
본 웹사이트에 게시된 이메일 주소가 전자우편 수집 프로그램이나
그 밖의 기술적 장치를 이용하여 무단으로 수집되는 것을 거부하며,
이를 위반시 정보통신망법에 의해 형사 처벌됨을 유념하시기 바랍니다.
[게시일 2004년 10월 1일]
이용약관
제 1 장 총칙
제 1 조 (목적)
이 이용약관은 KoreaScience 홈페이지(이하 “당 사이트”)에서 제공하는 인터넷 서비스(이하 '서비스')의 가입조건 및 이용에 관한 제반 사항과 기타 필요한 사항을 구체적으로 규정함을 목적으로 합니다.
제 2 조 (용어의 정의)
① "이용자"라 함은 당 사이트에 접속하여 이 약관에 따라 당 사이트가 제공하는 서비스를 받는 회원 및 비회원을
말합니다.
② "회원"이라 함은 서비스를 이용하기 위하여 당 사이트에 개인정보를 제공하여 아이디(ID)와 비밀번호를 부여
받은 자를 말합니다.
③ "회원 아이디(ID)"라 함은 회원의 식별 및 서비스 이용을 위하여 자신이 선정한 문자 및 숫자의 조합을
말합니다.
④ "비밀번호(패스워드)"라 함은 회원이 자신의 비밀보호를 위하여 선정한 문자 및 숫자의 조합을 말합니다.
제 3 조 (이용약관의 효력 및 변경)
① 이 약관은 당 사이트에 게시하거나 기타의 방법으로 회원에게 공지함으로써 효력이 발생합니다.
② 당 사이트는 이 약관을 개정할 경우에 적용일자 및 개정사유를 명시하여 현행 약관과 함께 당 사이트의
초기화면에 그 적용일자 7일 이전부터 적용일자 전일까지 공지합니다. 다만, 회원에게 불리하게 약관내용을
변경하는 경우에는 최소한 30일 이상의 사전 유예기간을 두고 공지합니다. 이 경우 당 사이트는 개정 전
내용과 개정 후 내용을 명확하게 비교하여 이용자가 알기 쉽도록 표시합니다.
제 4 조(약관 외 준칙)
① 이 약관은 당 사이트가 제공하는 서비스에 관한 이용안내와 함께 적용됩니다.
② 이 약관에 명시되지 아니한 사항은 관계법령의 규정이 적용됩니다.
제 2 장 이용계약의 체결
제 5 조 (이용계약의 성립 등)
① 이용계약은 이용고객이 당 사이트가 정한 약관에 「동의합니다」를 선택하고, 당 사이트가 정한
온라인신청양식을 작성하여 서비스 이용을 신청한 후, 당 사이트가 이를 승낙함으로써 성립합니다.
② 제1항의 승낙은 당 사이트가 제공하는 과학기술정보검색, 맞춤정보, 서지정보 등 다른 서비스의 이용승낙을
포함합니다.
제 6 조 (회원가입)
서비스를 이용하고자 하는 고객은 당 사이트에서 정한 회원가입양식에 개인정보를 기재하여 가입을 하여야 합니다.
제 7 조 (개인정보의 보호 및 사용)
당 사이트는 관계법령이 정하는 바에 따라 회원 등록정보를 포함한 회원의 개인정보를 보호하기 위해 노력합니다. 회원 개인정보의 보호 및 사용에 대해서는 관련법령 및 당 사이트의 개인정보 보호정책이 적용됩니다.
제 8 조 (이용 신청의 승낙과 제한)
① 당 사이트는 제6조의 규정에 의한 이용신청고객에 대하여 서비스 이용을 승낙합니다.
② 당 사이트는 아래사항에 해당하는 경우에 대해서 승낙하지 아니 합니다.
- 이용계약 신청서의 내용을 허위로 기재한 경우
- 기타 규정한 제반사항을 위반하며 신청하는 경우
제 9 조 (회원 ID 부여 및 변경 등)
① 당 사이트는 이용고객에 대하여 약관에 정하는 바에 따라 자신이 선정한 회원 ID를 부여합니다.
② 회원 ID는 원칙적으로 변경이 불가하며 부득이한 사유로 인하여 변경 하고자 하는 경우에는 해당 ID를
해지하고 재가입해야 합니다.
③ 기타 회원 개인정보 관리 및 변경 등에 관한 사항은 서비스별 안내에 정하는 바에 의합니다.
제 3 장 계약 당사자의 의무
제 10 조 (KISTI의 의무)
① 당 사이트는 이용고객이 희망한 서비스 제공 개시일에 특별한 사정이 없는 한 서비스를 이용할 수 있도록
하여야 합니다.
② 당 사이트는 개인정보 보호를 위해 보안시스템을 구축하며 개인정보 보호정책을 공시하고 준수합니다.
③ 당 사이트는 회원으로부터 제기되는 의견이나 불만이 정당하다고 객관적으로 인정될 경우에는 적절한 절차를
거쳐 즉시 처리하여야 합니다. 다만, 즉시 처리가 곤란한 경우는 회원에게 그 사유와 처리일정을 통보하여야
합니다.
제 11 조 (회원의 의무)
① 이용자는 회원가입 신청 또는 회원정보 변경 시 실명으로 모든 사항을 사실에 근거하여 작성하여야 하며,
허위 또는 타인의 정보를 등록할 경우 일체의 권리를 주장할 수 없습니다.
② 당 사이트가 관계법령 및 개인정보 보호정책에 의거하여 그 책임을 지는 경우를 제외하고 회원에게 부여된
ID의 비밀번호 관리소홀, 부정사용에 의하여 발생하는 모든 결과에 대한 책임은 회원에게 있습니다.
③ 회원은 당 사이트 및 제 3자의 지적 재산권을 침해해서는 안 됩니다.
제 4 장 서비스의 이용
제 12 조 (서비스 이용 시간)
① 서비스 이용은 당 사이트의 업무상 또는 기술상 특별한 지장이 없는 한 연중무휴, 1일 24시간 운영을
원칙으로 합니다. 단, 당 사이트는 시스템 정기점검, 증설 및 교체를 위해 당 사이트가 정한 날이나 시간에
서비스를 일시 중단할 수 있으며, 예정되어 있는 작업으로 인한 서비스 일시중단은 당 사이트 홈페이지를
통해 사전에 공지합니다.
② 당 사이트는 서비스를 특정범위로 분할하여 각 범위별로 이용가능시간을 별도로 지정할 수 있습니다. 다만
이 경우 그 내용을 공지합니다.
제 13 조 (홈페이지 저작권)
① NDSL에서 제공하는 모든 저작물의 저작권은 원저작자에게 있으며, KISTI는 복제/배포/전송권을 확보하고
있습니다.
② NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 상업적 및 기타 영리목적으로 복제/배포/전송할 경우 사전에 KISTI의 허락을
받아야 합니다.
③ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 보도, 비평, 교육, 연구 등을 위하여 정당한 범위 안에서 공정한 관행에
합치되게 인용할 수 있습니다.
④ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 무단 복제, 전송, 배포 기타 저작권법에 위반되는 방법으로 이용할 경우
저작권법 제136조에 따라 5년 이하의 징역 또는 5천만 원 이하의 벌금에 처해질 수 있습니다.
제 14 조 (유료서비스)
① 당 사이트 및 협력기관이 정한 유료서비스(원문복사 등)는 별도로 정해진 바에 따르며, 변경사항은 시행 전에
당 사이트 홈페이지를 통하여 회원에게 공지합니다.
② 유료서비스를 이용하려는 회원은 정해진 요금체계에 따라 요금을 납부해야 합니다.
제 5 장 계약 해지 및 이용 제한
제 15 조 (계약 해지)
회원이 이용계약을 해지하고자 하는 때에는 [가입해지] 메뉴를 이용해 직접 해지해야 합니다.
제 16 조 (서비스 이용제한)
① 당 사이트는 회원이 서비스 이용내용에 있어서 본 약관 제 11조 내용을 위반하거나, 다음 각 호에 해당하는
경우 서비스 이용을 제한할 수 있습니다.
- 2년 이상 서비스를 이용한 적이 없는 경우
- 기타 정상적인 서비스 운영에 방해가 될 경우
② 상기 이용제한 규정에 따라 서비스를 이용하는 회원에게 서비스 이용에 대하여 별도 공지 없이 서비스 이용의
일시정지, 이용계약 해지 할 수 있습니다.
제 17 조 (전자우편주소 수집 금지)
회원은 전자우편주소 추출기 등을 이용하여 전자우편주소를 수집 또는 제3자에게 제공할 수 없습니다.
제 6 장 손해배상 및 기타사항
제 18 조 (손해배상)
당 사이트는 무료로 제공되는 서비스와 관련하여 회원에게 어떠한 손해가 발생하더라도 당 사이트가 고의 또는 과실로 인한 손해발생을 제외하고는 이에 대하여 책임을 부담하지 아니합니다.
제 19 조 (관할 법원)
서비스 이용으로 발생한 분쟁에 대해 소송이 제기되는 경우 민사 소송법상의 관할 법원에 제기합니다.
[부 칙]
1. (시행일) 이 약관은 2016년 9월 5일부터 적용되며, 종전 약관은 본 약관으로 대체되며, 개정된 약관의 적용일 이전 가입자도 개정된 약관의 적용을 받습니다.