This paper presents an experimental and analytical study on the behavior of concrete-filled tubular stub columns concentrically loaded in compression to fail. Total eleven specimens were tested and test parameters are the depth-to-thickness ratios of steel tube and the ratio of concrete cylinder strength-to-yield stress of steel tube. Depth-to-thickness ratios of steel tube between 20.22
This article describes experimental and numerical analyses of eccentrically loaded over the axially loaded circular concrete filled double-skinned steel tubular (CFDST) short columns. Tests on circular CFDST short columns under eccentric and concentric loading were conducted to assess their responses to the frequent intensity of 5-30 mm at the interval of each 5 mm eccentric loading conditions with constant cross-sectional proportions and width-to-thickness ratios of the outside and internal tubes. The non-linear finite-element analysis of circular CFDST short columns of eccentrically loaded over the axially loaded was performed using the ABAQUS to predict the structural behavior and compare the concentric loading capacity over the various eccentric loading conditions. The comparison outcomes show that the axial compressive strength of the circular CDFST short columns was 2.38-32.86%, lesser than the concentrically loaded short column with the inner circular section. Also, the influence of computer simulation employed is more efficient in forecasting the experimentally examined performance of circular CFDST stub columns.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.10
no.3
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pp.393-406
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2016
Axially loaded reinforced concrete columns are hardly exist in practice due to the development of some bending moments. These moments could be produced by gravity loads or the lateral loads. First, the current paper presents a detailed analysis on the overall structural behavior of 15 eccentrically loaded columns as well as one concentrically loaded control one. Columns bent in either single curvature or double curvature modes are tested experimentally up to failure under the effect of different end eccentricities combinations. Three end eccentricities ratio were studied, namely, 0.1b, 0.3b and 0.5b, where b is the column width. Second, an expression correlated the decay in the normalized axial capacity of the column and the acting end eccentricities was developed based on the experimental results and then verified against the available formula. Third, based on the equivalent column concept, the equivalent pin-ended columns were obtained for columns bent in either single or double curvature modes. And then, the effect of end eccentricity ratio was correlated to the equivalent column length. Finally, a simplified design procedure was proposed for eccentrically loaded braced column by transferring it to an equivalent axially loaded pin-ended slender column. The results of the proposed design procedure showed comparable results against the results of the ACI 318-14 code.
Kim, Dae Kyung;Lee, Cheol Ho;Han, Kyu Hong;Kim, Jin Ho;Lee, Seung Eun;Kim, Jin Won
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.27
no.4
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pp.377-386
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2015
In this study, inelastic buckling strength of HSA800 steel columns were tested to investigate the applicability of current column curve (KBC2009, 2010 AISC-LRFD) to HSA800 steel. Key test variables included width-thickness ratio, plate-edge restraints, and column slenderness ratio. Specimens made of ordinary steel (SM490) were also tested for comparison purposes. All the concentrically loaded HSA800 specimens exhibited sufficient buckling strength compared to the current column curve, but some of SM490 specimens showed understrength. This difference can be explained by the lower residual stress present in HSA800 specimens.
This study explores the lateral deflections of diagonal braces in concentrically-braced earthquake-resisting frames. The performance of this widely-used system is often compromised by the flexural buckling of slender braces in compression. In addition to reducing the compressive resistance, buckling may also cause these members to undergo sizeable lateral deflections which could damage surrounding structural components. Different approaches have been used in the past to predict the mid-length lateral deflections of cyclically loaded steel braces based on their theoretical deformed geometry or by using experimental data. Expressions have been proposed relating the mid-length lateral deflection to the axial displacement ductility of the member. Recent experiments were conducted on hollow and concrete-filled circular hollow section (CHS) braces of different lengths under cyclic loading. Very slender, concrete-filled tubular braces exhibited a highly ductile response, undergoing large axial displacements prior to failure. The presence of concrete infill did not influence the magnitude of lateral deflection in relation to the axial displacement, but did increase the number of cycles endured and the maximum axial displacement achieved. The corresponding lateral deflections exceeded the deflections observed in the majority of the previous experiments that were considered. Consequently, predictive expressions from previous research did not accurately predict the mid-height lateral deflections of these CHS members. Mid-length lateral deflections were found to be influenced by the member non-dimensional slenderness (${\bar{\lambda}}$) and hence a new expression was proposed for the lateral deflection in terms of member slenderness and axial displacement ductility.
Ci, Junchang;Ahmed, Mizan;Tran, Viet-Linh;Jia, Hong;Chen, Shicai;Nguyen, Tan N.
Steel and Composite Structures
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v.43
no.6
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pp.689-706
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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 study, stub columns subjected to concentrical and eccentrical loads were tested to check the applicability of the current local stability criteria (KBC2009, AISC2005) to 800MPa high-strength steel (HSA800). The key test variables in the concentrically loaded tests included the plate-edge restraints and the width-to-thickness ratio normalized by the yield strength of steel. Specimens made of ordinary steel (SM490) were also tested for comparative purposes. Eccentrically loaded stub column tests were conducted for a range of the P-M combinations by controlling the loading eccentricity. All the concentrically loaded specimens with non-compact and slender sections developed sufficient strengths according to the current local stability criteria. All the eccentrically loaded specimens with non-compact H sections also exhibited a sufficient P-M interaction strength that was even higher than that of compact H- section counterparts. Residual stresses were also measured by using the non-destructive indentation method to demonstrate their dependency or independency on the steel material's yield strength. The measured results of this study also indicated that the magnitude of residual stresses bears no strong relation to the yield strength of the steel material.
Kim, Chang-Soo;Gong, Yu;Zhang, Xin;Hwang, Hyeon-Jong
Advances in concrete construction
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v.9
no.3
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pp.289-299
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2020
To investigate the long-term behavior of eccentrically loaded RC columns, which are more realistic in practice than concentrically loaded RC columns, long-term eccentric loading tests were conducted for 10 RC columns. Test parameters included concrete compressive strength, reinforcement ratio, bar yield strength, eccentricity ratio, slenderness ratio, and loading pattern. Test results showed that the strain and curvature of the columns increased with time, and concrete forces were gradually transferred to longitudinal bars due to the creep and shrinkage of concrete. The long-term behavior of the columns varied with the test parameters, and long-term effects were more pronounced in the case of using the lower strength concrete, lower strength steel, lower bar ratio, fewer loading-step, higher eccentricity ratio, and higher slenderness ratio. However, in all the columns, no longitudinal bars were yielded under service loads at the final measuring day. Meanwhile, the numerical analysis modeling using the ultimate creep coefficient and ultimate shrinkage strain measured from cylinder tests gave quite good predictions for the behavior of the columns.
It is well understood that concentrated forces applied in the plane of a beam or panel (such as a wall or slab) lead to splitting forces developing within a disturbed region forming beyond the bearing zone. In a linearly elastic material the length of the disturbed region is approximately equal to the depth of the member. In concrete structures, however, the length of the disturbed region is a function of the orthotropic properties of the concrete-steel composite. In the detailing of steel reinforcement within the disturbed regions two limit states must be satisfied; strength and serviceability (in this case the serviceability requirement being acceptable crack widths). If the design requires large redistribution of stresses, the member may perform poorly at service and/or overload. In this paper the results of a plane stress finite element investigation of concentrated loads on reinforced concrete panels are presented. Two cases are examined (i) panels loaded concentrically, and (ii) panels loaded eccentrically. The numerical investigation suggests that the bursting force distribution is substantially different from that calculated using elastic design methods currently used in some codes of practice. The optimum solution for a uniformly reinforced bursting region was found to be with the reinforcement distributed from approximately 0.2 times the effective depth of the member ($0.2D_e$) to between $1.2D_e$ and $1.6D_e$. Strut and tie models based on the finite element analyses are proposed herein.
Lee, Ho Jun;Park, Hong Gun;Kim, Sung Bae;Park, Sung Soon
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.26
no.1
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pp.31-42
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2014
In this paper, concrete-filled steel tubular columns encased with precast reinforced concrete were studied. Four eccentrically loaded columns and a concentrically loaded column were tested to investigate the axial load-carrying capacity. The test parameters were the use of fiber reinforcement for cover concrete, eccentricity, column length, and lateral reinforcement. The maximum axial loads of the specimens agreed with the nominal strengths predicted by KBC 2009. However, in some specimens, the load carrying capacity quickly decreased after the peak strength due to spalling of the cover concrete.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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