This paper aims to analytically study the effect of loading conditions and confinement type on the mechanical properties of the concrete-steel composite columns under axial compressive loading. The axial loading is applied to the composite columns in the two ways; only on the concrete core, and on the concrete core and steel tube simultaneously, which are called steel tube-confined concrete (STCC) and concrete-filled steel tube (CFST) columns, respectively. In addition, the confinement is investigated in the three types of passive, short-term active and long-term active confinement. Nonlinear finite element 3D models for analyzing these columns are developed using the ABAQUS program, and then these models are verified with respect to the recent experimental results reported by the authors on the STCC and CFST columns experiencing active and passive confinements. Axial and lateral stress-strain curves as well as the failure mode for qualitative verification, and compressive strength for quantitative verification are considered. It is found that there is a good consistency between the finite element analysis results and the experimental ones. In addition, a parametric study is performed to evaluate the effect of axial loading type, prestressing ratio, concrete compressive strength and steel tube diameter-to-wall thickness ratio on the compressive behavior of the composite columns. Finally, the compressive strength results of CFST specimens obtained via the finite element analysis are compared with the values specified by the international codes and standards including EC4, CSA, ACI-318, and AISC, with the results showing that ACI-318 and AISC underestimate the compressive strength of the composite columns, while EC4 and CSA codes present overestimated values.
Lee Jang Hwan;Kim Young Joo;Joung Kwang Sik;Kang Tea Kyung;Jung Keun Ho;Jung Sang Jin
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2004.05a
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pp.454-457
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2004
Due to social problems such as the increasing of land price and the expanding of city, buildings require more complex and bigger components and structure. However, the complex and massive building projects need new technology to solve effect of local buckling and the needs for more space. Hence, Concrete Filled Tube Steel (CFT), the tube steel to hold concrete during pouring and curing of concrete procedure, which helps to reduce local buckling and space, was developed. Most researches on CFT might not be focused on the characteristic of concrete 'filled in tube but structural analysis. However, it is the essential factor to increase the strength of concrete on CFT for having efficient results. Therefore, this paper will describe how to apply CFT into the construction site through examining High Strength Concrete $(800kg/cm^2)$, the strength of core, and bleeding during pouring strategy.
Experimental and analytical studies were conducted to clarify the influencing mechanisms of the longitudinal reinforcement on performance of axially loaded Reinforced Concrete-Filled Steel Tube (R-CFST) short columns. The longitudinal reinforcement ratio was set as parameter, and 10 R-CFST specimens with five different ratios and three Concrete-Filled Steel Tube (CFST) specimens for comparison were prepared and tested. Based on the test results, the failure modes, load transfer responses, peak load, stiffness, yield to strength ratio, ductility, fracture toughness, composite efficiency and stress state of steel tube were theoretically analyzed. To further examine, analytical investigations were then performed, material model for concrete core was proposed and verified against the test, and thereafter 36 model specimens with four different wall-thickness of steel tube, coupling with nine reinforcement ratios, were simulated. Finally, considering the experimental and analytical results, the prediction equations for ultimate load bearing capacity of R-CFSTs were modified from the equations of CFSTs given in codes, and a new equation which embeds the effect of reinforcement was proposed, and equations were validated against experimental data. The results indicate that longitudinal reinforcement significantly impacts the behavior of R-CFST as steel tube does; the proposed analytical model is effective and reasonable; proper ratios of longitudinal reinforcement enable the R-CFSTs obtain better balance between the performance and the construction cost, and the range for the proper ratios is recommended between 1.0% and 3.0%, regardless of wall-thickness of steel tube; the proposed equation is recommended for more accurate and stable prediction of the strength of R-CFSTs.
Park, Man Woo;Ju, Young Kyu;Kim, Myeong Han;Kim, Ji Young;Kim, Sang Dae
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.20
no.2
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pp.355-364
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2008
The Buckling-Restrained Braces (BRB) has been developed to inhibit buckling and exhibit stable behavior under both tensile and compressive cycles. In this study, an experimental has been conducted by using the strength of its members and loading protocols as parameters to evaluate the structural performance of BRB (without in-filled concrete). Specimens are composed of an inner core and an outer tube with different steel strengths. When high-strength steels were used as inner cores, the ductility of BRB decreasedm and the requirements (Cumulative Plastic Ductility) of the AISC Seismic Provisions were not satisfied. However, when high-strength steels were used as inner cores instead of conventional strength steel cores, the maximum capacity increased significantly and displayed similar performance in total energy dissipation.
Nematzadeh, Mahdi;Fazli, Saeed;Hajirasouliha, Iman
Steel and Composite Structures
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v.23
no.5
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pp.517-527
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2017
In this paper, the effect of active confinement on the compressive behaviour of circular steel tube-confined concrete (STCC) and concrete-filled steel tube (CFST) columns is investigated. In STCC columns the axial load is only applied to the concrete core, while in CFST columns the load is carried by the whole composite section. A new method is introduced to apply confining pressure on fresh concrete by laterally prestressing steel tubes. In order to achieve different prestressing levels, short-term and long-term pressures are applied to the fresh concrete. Three groups of STCC and CFST specimens (passive, S-active and L-active groups) are tested under axial loads. The results including stress-strain relationships of composite column components, secant modulus of elasticity, and volumetric strain are presented and discussed. Based on the elastic-plastic theory, the behaviour of the steel tube is also analyzed during elastic, yielding, and strain hardening stages. The results show that using the proposed prestressing method can considerably improve the compressive behaviour of both STCC and CFST specimens, while increasing the prestressing level has insignificant effects. By applying prestressing, the linear range in the stress-strain curve of STCC specimens increases by almost twice as much, while the improvement is negligible in CFST specimens.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1995.10a
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pp.210-214
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1995
Research on concrete-filled steel columns has been conducted. It is also well known that the load and deformation capacity of concrete-filled steel columns are considerable larger than those of widely used reinforced concrete columns and steel encased concrete columns because the concrete core in the steel is confined laterally by the steel. But, most of these works focused on columns with strength enhancement by the confinement effect, so that no local buckling prevented by the concrete. columns because the concrete core in the steel is confined laterally by the steel. But, most of these works focused on columns with strength enhancement by the confinement effect, so that no local buckling prevented by the concrete. This paper, therefore, presents on the stress-strain relation of a concrete filled rectangular steel tube under axial compression. As the results, the axial load verse average axial strain relationship of concrete-filled rectangular steel columns were very stable. The small B/t ratios in concrete-filled rectangular steel columns aren't affected prevention of local buckling but strength enhancement by confinement effect.
Currently, the load transfer's mechanism from a beam to a column has yet to ve clarified in a concrete filled steel tubular (CFT) structure with a connection type of an exterior diaphragm. The loads for each floor are transferred to the concrete core from a steel beam through ha contacted face between an in-filled concrete and the interior surface of a steel tube. Thus, a Push-Out test was performed to investigate the load transfer mechanism. A total of 30 samples were tested to confirm the bond stress and/or axial load distribution between a steel tube and in-filled concrete for CFT column. The main parameters considered for this study included concrete type, steel tube-shape/length, and the effect of a weld joint wit ha backing strip for a column splice. Test results were summarized to confirm load transfer behavior between a concrete and steel tube for each experimental parameter, using the analytical approach to verify experimental results.
In this paper, a high efficiency leakage transformer for neon tube is developed to improve its power factor, to reduce its core loss and weight by using a technique of shape optimization and direction of grain-oriented silicon steel sheet. A protection circuit is designed for all types of neon transformer loaded with one or more neon lamps. Whenever the neon tube fails to be started up or comes to the life end, or encounters faults with open-circuits at the output terminals of the neon transformer, the protection circuit will be initiated to avoid more critical hazards. These neon transformers need a protection circuit to prevent from current stresses on circuit components by neon tube fail. The input of the transformer is automatically cut off when the abnormal condition occurs, preventing waste of no-load power. As the results of the study, the core weight is reduced by $11\%$, the power factor improved by $5\%$ and the efficiency increased by $6\%$ compared with the conventional type due to the employment of the grain-oriented steel sl)eel and the optimized core shape.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.10
no.4
s.50
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pp.85-94
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2006
In the design of bridge piers in seismic area, the ductility requirement is the most important factor. In order to enhance the seismic performance of RC columns, it is necessary to make the ductility of columns larger by covering RC columns with steel tubes or confining RC columns by arranging transverse reinforcements such as hoop ties closely. Using core steel composite columns is useful as one of the reinforcing RC columns. In this paper, quasi-static tests on concrete encased composite columns with single core steel or multiple steel elements were performed to investigate the seismic performance of the composite columns. Eight concrete-encased composite specimens were fabricated. The cross-sections of these specimens are composed of concrete-encased H-shaped structural steel columns and a concrete-encased circular tube with partial in-filled concrete. Test parameters were the amount of the transverse reinforcements, type and number of encased steel member. Through the tests, it was evaluated the ductility of SRC composite specimens. It has become clear from the test results that encased steel elements makes the deformation capacity of the columns to be larger. The displacement ductility and lateral strength of specimen with concrete-encased circular tube were indicated the biggest value.
The objective of this paper is to investigate the confinement coefficient of concrete-filled square stainless steel tubular (CFSSST) stub columns under axial loading. A fine finite 3D solid element model was established, which utilized a constitutive model of stainless steel considering the strain-hardening characteristics and a triaxial plastic-damage constitutive model of concrete with features of the parameter certainty under axial compression. The finite element analysis results revealed that the increased ultimate bearing capacity of CFSSST stub columns compared with their carbon steel counterparts was mainly due to that the composite action of CFSSST stub columns is stronger than that of carbon steel counterparts. A further parametric study was carried out based on the verified model, and it was found that the stress contribution of the stainless steel tube is higher than the carbon steel tube. The stress nephogram was simplified reasonably in accordance with the limit state of core concrete and a theoretical formula was proposed to estimate the ultimate bearing capacity of square CFSSST stub columns using superposition method. The predicted results showed satisfactory agreement with both the experimental and FE results. Finally, the comparisons of the experimental and predicted results using the proposed formula and the existing codes were illustrated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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