When the weight if a concrete member makes problems, or when the cost of the concrete is relatively high, it may be economical to use a hollow concrete member. But a hollow R.C column may have poor ductility because of the brittle failure at the inner face of the hollow R.C column. This brittle failure results from the absence of the confinement at the inner face of the hollow R.C column. To avoid this brittle failure an internally confined hollow R.C column by a steel tube was developed before. In this study, a hollow R.C column is internally confined by a corrugated steel tube instead of a general flat steel tube. And a column ductility is performed. Test results show that the energy ductility ratio of a internally confined hollow R.C column by a by a corrugated steel tube corresponds to $80\%$ of the energy ductility ratio of a general solid R.C column.
This paper presents the experimental work on fatigue life and specific fatigue strength of circular hollow sectioned steel tube and wood filled circular hollow section steel tube. Burning effect was observed in the case of circular hollow sectioned steel tube when it is subjected to Maximum bending moment of 19613.30 N-mm at 4200 rpm, but this did not happen in the case of wood filled hollow section. Statistical analysis was done based on the experimental data and relations have been built to predict the number of cycles for the applied stress or vice versa. The relations built in this paper can safely be applied for design of the fatigue life or fatigue strength of circular hollow sections and wood filled hollow sections. Results were validated by static specific bending strengths determined by ANSYS using a known applied load.
To better understand the influence of hollow ratio on the hollow concrete-filled circular steel tubular (H-CFT) stub columns under axial compression and to propose the design formula of ultimate bearing capacity for H-CFT stub columns, 3D finite element analysis and laboratory experiments were completed to obtain the load-deformation curves and the failure modes of H-CFT stub columns. The changes of the confinement effect between core concrete and steel tube with different hollow ratios were discussed based on the finite element results. The result shows that the axial stress of concrete and hoop stress of steel tube in H-CFT stub columns are decreased with the increase of hollow ratio. AfteGr the yield of steel, the reduction rate of longitudinal stress and the increase rate of circumferential stress for the steel tube slowed down. The confinement effect from steel tube on concrete also weakened slowly with the increase of hollow ratio. Based on the limit equilibrium method, a simplified formula of ultimate bearing capacity for the axially loaded H-CFT stub columns was proposed. The predicted results showed satisfactory agreement with the experimental and numerical results.
Hollow steel-reinforced concrete-filled GFRP tubular member is a new kind of composite members. Firstly set the mold in the GFRP tube (non-bearing component), then set the longitudinal reinforcements with stirrups (steel reinforcement cage) between the GFRP tube and the mold, and filled the concrete between them. Through the axial compression test of the hollow steel-reinforced concrete-filled GFRP tubular member, the working mechanism and failure modes of composite members were obtained. Based on the experiment, when the load reached the ranges of $55-70%P_u$ ($P_u-ultimate$ load), white cracks appeared on the surface of the GFRP tubes of specimens. At that time, the confinement effects of the GFRP tubes on core concrete were obvious. Keep loading, the ranges of white cracks were expanding, and the confinement effects increased proportionally. In addition, the damages of specimens, which were accompanied with great noise, were marked by fiber breaking and resin cracking on the surface of GFRP tubes, also accompanied with concrete crushing. The bearing capacity of the axially compressed components increased with the increase of reinforcement ratio, and decreased with the increase of hollow ratio. When the reinforcement ratio was increased from 0 to 4.30%, the bearing capacity was increased by about 23%. When the diameter of hollow part was decreased from 55mm to 0, the bearing capacity was increased by about 32%.
Hollow reinforced concrete columns confined with GFRP tubes (GRCH) are composite members composed of the outer GFRP tube, the PVC or other plastic tube as the inner tube, and the reinforced concrete between two tubes. Because of their high ductility, light weight, corrosion resistance and convenient construction, many researchers pay attention to the composite members. However, there are few studies on GRCH members under eccentric compression compared with those under axial compression. Eight hollow columns were tested under eccentric compression, including one axial compression column and seven eccentric compression columns. The failure modes and force mechanisms of GRCH members were analyzed, considering the varying in hollow ratio, reinforcement ratio and eccentricity. The test results showed that configuring steel bars can greatly increase the bearing capacity and ductility of the members. Each component (GFRP tube, concrete, steel bar) had good deformation coordination and the strength of each material could be fully utilized. But for specimens with larger eccentricity ratio (er=0.4) and larger hollow ratio (χ=0.55), the restraining effect of GFRP tube on concrete was significantly decreased.
본 연구에서는 중공형의 PHC말뚝과 강관말뚝을 합성한 중공형 콘크리트 충전 강관(HCFT)말뚝의 거동분석을 위한 수치해석 모델을 개발하였고 휨강도시험에 적용하여 모델의 타당성을 검증하였다. 개발된 비선형 유한요소해석 모델의 적정성을 파악하기 위해 실물 시험 결과와 비교하였고 이를 활용하여 HCFT말뚝에 적합한 접촉조건, PC강봉의 제원에 따른 효과, 콘크리트 두께에 따른 효과 등을 분석하였다. 소성응력분배법을 적용하여 HCFT말뚝의 휨강도 산정식을 제안하였고 시험 및 해석결과와 비교하여 활용성을 검증하였다. 본 연구의 결과는 HCFT말뚝의 최적설계 및 거동분석에 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
파형강관을 삽입하여 보강된 중공원형단면의 역학적 거동을 연구하기 위하여 직경 50cm, 길이 340cm의 시험체를 제작하였고, 3점 휨시험을 수행하였다. 하중재하는 파괴 또는 최대한변형이 발생할 때까지 느리게 증가시켰다. 시험하는 동안에 시험체 중앙의 휨방향 변위와 인장측과 압축측의 종방향 변위를 측정하였다. 측정데이타를 분석한 결과를 파형강관이 삽입되지 않은 등가단면에 대한 해석결과와 비교하였다. 비교결과, 중공 철근콘크리트 부재의 휨강성과 연성이 파형강관을 내부에 삽입함으로써 크게 향상시킬 수 있는 것으로 나타났다.
In locations where the cost or concrete is relatively high, or in situations where the weight or concrete members is to be kept to a minimum, it may be economical to use hollow reinforced concrete vertical members. Hollow reinforced concrete columns with low axial load, moderate longitudinal steel percentage, and a reasonably thick wall were found to perform in a ductile manner at the flexural strength, similar to solid columns. However, hollow reinforced concrete columns with high axial load, high longitudinal steel percentage, and a thin wall were found to behave in a brittle manner at the flexural strength, since the neutral axis is forced to occur away from the inside face of the tube towards the section centroid and, as a result, crushing of concrete occurs near the unconfined inside face of the section. If, however, a steel tube is placed near the inside face of a circular hollow column, the column can be expected not to fail in a brittle manner by disintegration of the concrete in the compression zone. Design recommendation and example by moment-curvature analysis program for curvature ductility are presented. Theoretical moment-curvature analysis for reinforced concrete columns, indicating the available flexural strength and ductility, can be conducted providing the stress-strain relation for the concrete and steel are known. In this paper, a unified stress-stain model for confined concrete by Mander is developed for members with circular sections.
The ductility of circular hollow reinforced concrete columns with one layer of longitudinal and spiral reinforcement placed near the outside face of the section and the steel tube placed on the inside face of the section is investigated. Such hollow sections are confined through the wall thickness since the steel tube is placed. The results of analytical moment-curvature analyses for such hollow sections are compared with those for the circular section with the sane diameter. In this study, moment-curvature analyses are conducted with Mandel's confined concrete stress-strain relationship in which the effect of confinement is to increase the compression strength and ultimate strain of concrete. The moment-curvature analyses confirmed that the ductility is primarily influenced on the ultimate strain. The variables influenced on the ultimate strain is the ratio and yield strength of confining reinforcement and the compression strength for confined concrete. From this ultimate strain - the transverse reinforcement ratio relationship, the transverse reinforcement ratio for circular hollow reinforced columns with confinement is proposed. The proposed transverse reinforcement ratio is confirmed by experimental results.
Hosseinpour, Emad;Baharom, Shahrizan;Badaruzzaman, Wan Hamidon W.;Shariati, Mahdi;Jalali, Abdolrahim
Steel and Composite Structures
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제26권4호
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pp.485-499
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2018
In this paper, a hollow steel tube (HST) shear connector is proposed for use in a slim-floor system. The HST welded to a perforated steel beam web and embedded in concrete slab. A total of 10 push-out tests were conducted under static loading to investigate the mechanical behavior of the proposed HST connector. The variables were the shapes (circular, square and rectangular) and sizes of hollow steel tubes, and the compressive strength of the concrete. The failure mode was recorded as: concrete slab compressive failure under the steel tube and concrete tensile splitting failure, where no failure occurred in the HST. Test results show that the square shape HST in filled via concrete strength 40 MPa carried the highest shear load value, showing three times more than the reference specimens. It also recorded less slip behavior, and less compressive failure mode in concrete underneath the square hollow connector in comparison with the circular and rectangular HST connectors in both concrete strengths. The rectangular HST shows a 20% higher shear resistance with a longer width in the load direction in comparison with that in the smaller dimension. The energy absorption capacity values showed 23% and 18% improvements with the square HST rather than a headed shear stud when embedded in concrete strengths of 25 MPa and 40 MPa, respectively. Moreover, an analytical method was proposed and predicts the shear resistance of the HST shear connectors with a standard deviation of 0.14 considering the shape and size of the connectors.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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