This article presents a comparative study of the effect of steel layouts on the seismic behavior of transition steel-concrete composite connections, both experimental and analytical investigations of concrete filled steel tube-reinforced concrete (CFST-RC) and steel reinforecd concrete-reinforced concrete (SRC-RC) structures were conducted. The steel-concrete composite connections were subjected to combined constant axial load and lateral cyclic displacements. Tests were carried out on four full-scale connections extracted from a real project engineering with different levels of axial force. The effect of steel layouts on the mechanical behavior of the transition connections was evaluated by failure modes, hysteretic behavior, backbone curves, displacement ductility, energy dissipation capacity and stiffness degradation. Test results showed that different steel layouts led to significantly different failure modes. For CFST-RC transition specimens, the circular cracks of the concrete at the RC column base was followed by steel yielding at the bottom of the CFST column. While uncoordinated deformation could be observed between SRC and RC columns in SRC-RC transition specimens, the crushing and peeling damage of unconfined concrete at the SRC column base was more serious. The existences of I-shape steel and steel tube avoided the pinching phenomenon on the hysteresis curve, which was different from the hysteresis curve of the general reinforced concrete column. The hysteresis loops were spindle-shaped, indicating excellent seismic performance for these transition composite connections. The average values of equivalent viscous damping coefficients of the four specimens are 0.123, 0.186 and 0.304 corresponding to the yielding point, peak point and ultimate point, respectively. Those values demonstrate that the transition steel-concrete composite connections have great energy dissipating capacity. Based on the experimental research, a high-fidelity ABAQUS model was established to further study the influence of concrete strength, steel grade and longitudinal reinforcement ratio on the mechanical behavior of transition composite connections.
The flexural strength of circular concrete-filled tubes (CCFT) can be estimated by several codes such as ACI, AISC, and Eurocode 4. In AISC and Eurocode, two methods are recommended, which are the strain compatibility method (SCM) and the plastic stress distribution method (PSDM). The SCM of AISC is almost the same as the SCM of the ACI method, while the SCM of Eurocode is similar to the ACI method. Only the assumption of the compressive stress of concrete is different. The PSDM of Eurocode approach is also similar to the PSDM of AISC, but they have different definitions of material strength. The PSDM of AISC is relatively easier to use, because AISC provides closed-form equations for calculating the flexural strength. However, due to the complexity of calculation of circular shapes, it is quite difficult to determine the flexural strength of CCFT following other methods. Furthermore, all these methods give different estimations. In this study, an effort is made to review and compare the codes to identify their differences. The study also develops a computing program for the flexural strength of circular concrete filled tubes under pure bending that is in accordance with the codes. Finally, the developed computing algorithm, which is programmed in MATLAB, is used to generate design aid graphs for various steel grades and a variety of strengths of steel and concrete. These design aid graphs for CCFT beams can be used as a preliminary design tool.
Im, Sung Woo;Lee, E.T.;Shim, Hyun Ju;Kim, Jong Won;Chang, In Hwa
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.18
no.5
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pp.625-631
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2006
Residual stresses in structural materials are stresses that exist in the objective without the application of any service or other external loads. Manufacturing processes are the most common causes of residual stress. To examine the effect and the distribution of residual stress due to press forming and welding in the production of a 600MPa-class steel tube, a residual stress evaluation test was performed. The measurement used the Hole-Drilling Strain Gauge Method and evaluated the distribution of residual stress, which measured a total of 59 places near the welding line.
Pons, David;Espinos, Ana;Albero, Vicente;Romero, Manuel L.
Steel and Composite Structures
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v.26
no.6
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pp.705-717
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2018
This paper presents a numerical investigation on the mechanical performance of concrete-filled dual steel tubular columns of circular section subjected to concentric axial load. A three-dimensional numerical model is developed and validated against a series of experimental tests. A good agreement is obtained between the experimental and numerical results, both in the peak load value and in the ascending and descending branches of the load-displacement curves. By means of the numerical model, a parametric study is carried out to investigate the influence of the main parameters that determine the axial capacity of double-tube columns, such as the member slenderness, inner and outer steel tube thicknesses and the concrete grade - of both the outer concrete ring and inner core -, including ultra-high strength concrete. A total number of 163 numerical simulations are carried out, by combining the different parameters. Specific indexes are defined (Strength Index, Concrete-Steel Contribution Ratio, Inner Concrete Contribution Ratio) to help rating the relative mechanical performance of dual steel tubular columns as compared to conventional concrete-filled steel tubular columns, and practical design recommendations are subsequently given.
The object of this study is to experimentally investigate the structural behavior of circular tube column bases under axial loads and to ascertain the test results using elastic numerical analysis. A literature survey was conducted on the AISC design code and a few design formulae. Tests were axially conducted under compressive loads. The thickness of the base plate was the main parameter of the specimens. Nine base plate specimens were used, with thicknesses ranging from 9 millimeters to 35 millimeters. The relationship of the load and the vertical displacement of base plates and the relationship of the load and the strain of the base plates were tested. Ansys version 6.1 was used for the elastic numerical analysis, to ascertain the test results. he test results and the elastic numerical analysis results will be used to suggest design formulae for inelastic numerical analyses that will be conducted later on.
To investigate the seismic behavior of steel slag self-stressing concrete-filled circular steel tubular (SSSCFCST) columns, 14 specimens were designed, namely, 10 SSSCFCST columns and four ordinary steel slag (SS) concrete (SSC)-filled circular steel tubular (SSCFCST) columns. Comparative tests were conducted under low reversed cyclic loading considering various parameters, such as the axial compression ratio, diameter-thickness ratio, shear-span ratio, and expansion ratio of SSC. The failure process of the specimens was observed, and hysteretic and skeleton curves were obtained. Next, the influence of these parameters on the hysteretic behavior of the SSSCFCST columns was analyzed. The self stress of SS considerably increased the bearing capacity and ductility of the specimens. Results indicated that specimens with a shear-span ratio of 1.83 exhibited compression bending failure, whereas those with shear-span ratios of 0.91 or 1.37 exhibited drum-shaped cracking failure. However, shear-bond failure occurred in the nonloading direction. The stiffness of the falling section of the specimens decreased with increasing shear-span ratio. The hysteretic curves exhibited a weak pinch phenomenon, and their shapes evolved from a full shuttle shape to a bow shape during loading. The skeleton curves of the specimens were nearly complete, progressing through elastic, elastoplastic, and plastic stages. Based on the experimental study and considering the effects of the SSC expansion rate, shear-span ratio, diameter-thickness ratio, and axial compression ratio on the seismic behavior, a peak displacement coefficient of 0.91 was introduced through regression analysis. A simplified method for calculating load-displacement skeleton curves was proposed and loading and unloading rules for SSSCFCST columns were provided. The load-displacement restorative force model of the specimens was established. These findings can serve as a guide for further research and practical application of SSSCFCST 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.
The major objective of this paper is to evaluate the behavior and ultimate resisting capacity of circular CFT columns. To consider the confinement effect, proper material models with respect to the confinement pressure are selected. A fiber section approach is adopted to simulate the nonlinear stress distribution along the section depth. Material nonlinearity due to the cracking of concrete and the yielding of the surrounding steel tube, as well as geometric nonlinearity due to the P-${\Delta}$ effect, are taken into account. The validity of the proposed numerical analysis model is established by comparing the analytical predictions with the results from previous experimental studies about pure bending and eccentric axial loading. Numerical predictions using an unconfined material model were also compared to investigate the confinement effects on various loading combinations. The ultimate resisting capacities predicted by the proposed numerical model and the design guidelines in Eurocode 4 are compared to evaluate the existing design recommendation.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.11
no.5
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pp.181-188
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2007
This research presents two methods to prevent local buckling from circular tube brace and then verify their performance capacity through a cyclic loading test. As control methods on local buckling, one is to restrict local buckling as attaching cover plate at range of buckling. And the another is to exclude danger of buckling as inserting contraction device with rod and spring at the center of brace. The purpose of this research is to develop structural device for restriction of local buckling or for exclusion of its. And we investigate appliance of suggested methods through an experiment. We also estimate the improvement of performance capacity in a quantitative respect.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1999.10a
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pp.579-582
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1999
This paper represents the results of experiments designed to investigate the time-dependent response of concrete and steel tube in circular concrete-filled steel tubes, as are deployed extensively in high-rise building construction. The experiments were performed for creep of concrete and CFT column specimens with three loading cases. The creep coefficient and specific creep(unit creep) obtained from the test results were used for estimating and comparing the time-dependent response of each case. From these analyses, it is show that CFT-column has many merits for long-term behavior.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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