This paper presents an experimental study on the behavior of concrete-encased composite columns with multiseparate steel sections subjected to axial and eccentric loads. Six 1/4-scaled concrete-encased composite columns were tested under static loads. The specimens were identical in geometric dimensions and configurations, and the parameter of this experiment was the eccentricity ratio of the applied load. Each two of the specimens were loaded with 0, 10%, and 15% eccentricity ratios. The capacity, deformation pattern, and failure mode of the specimens were carefully examined. Test results indicate that full composite action between the concrete and the steel sections can be realized even though the steel sections do not connect with one another. The concrete-encased composite columns can develop stable behavior and sufficient deformation capacity by providing enough transverse reinforcing bars. Capacities of the specimens were evaluated based on both the Plain Section Assumption (PSA) method and the superimposition method. Results show that U.S. and Chinese codes can be accurate and safe in terms of bending capacities. Test results also indicate that the ACI 318 and Mirza methods give the best predictions on the flexural stiffness of this kind of composite columns.
There are separate merits and demerits to wood and steel. The combination of wood and steel as a compound section is able to improve the properties of both and ultimately increase their final bearing capacity. The composite cross-section made of steel and wood has higher hardness while showing more ductility and the local buckling of steel is delayed or completely prevented. The purpose of this study is to investigate the behavior of composite columns enclosed in wooden logs and the hollow sections of steel that will be examined in a laboratory environment under the axial load to determine the final bearing capacity and sample deformation. In terms of methodology, steel sheet and carbon fiber reinforced polymer sheet (FRP) are tested to construct hollow rectangular sections and reinforce timber. Besides, the method of connecting hollow sections and timber including glue and screw has been also investigated. As a result, timber lumber enclosed with carbon fiber-reinforced polymer sheets in which fibers are horizontally located at 90° are more resistant with better ductility.
The Rosette-joining system is a completely new press-joining method for cold-formed steel structures. One Rosette-joint has a shear capacity equal to that of approximately four screws or rivets. The Rosette thin-walled steel truss system presents a new fully integrated prefabricated alternative to light-weight roof truss structures. The trusses are built up on special industrial production lines from modified top hat sections used as top and bottom chords and channel sections used as webs which are joined together with the Rosette press-joining technique to form a completed structure easy to transport and install. A single web section is used when sufficient but can be strengthened by double-nesting two separate sections or by using two lateral profiles where greater compressive axial forces are met. An individual joint in the truss can be strengthened by introducing a hollow bolt into the joint hole. The bolt gives the connection capacity a boost of approximately 20%. A series of laboratory tests have been carried out in order to verify the Rosette truss system in practice. In addition to compression tests on individual sections of different lengths, tests have also been done on small structural assemblies and on actual full-scale trusses of a span of 10 metres. Design calculations have been performed on selected roof truss geometries based on the test results, FE-analysis and on the Eurocode 3 and U.S.(AISI) design codes.
A rational and efficient seismic design methodology for irregular space steel frames using advanced methods of analysis in the framework of Eurocodes 8 and 3 is presented. This design methodology employs an advanced static or dynamic finite element method of analysis that takes into account geometrical and material non-linearities and member and frame imperfections. The inelastic static analysis (pushover) is employed with multimodal load along the height of the building combining the first few modes. The inelastic dynamic method in the time domain is employed with accelerograms taken from real earthquakes scaled so as to be compatible with the elastic design spectrum of Eurocode 8. The design procedure starts with assumed member sections, continues with the checking of the damage and ultimate limit states requirements, the serviceability requirements and ends with the adjustment of member sizes. Thus it can sufficiently capture the limit states of displacements, rotations, strength, stability and damage of the structure and its individual members so that separate member capacity checks through the interaction equations of Eurocode 3 or the usage of the conservative and crude q-factor suggested in Eurocode 8 are not required. Two numerical examples dealing with the seismic design of irregular space steel moment resisting frames are presented to illustrate the proposed method and demonstrate its advantages. The first considers a seven storey geometrically regular frame with in-plan eccentricities, while the second a six storey frame with a setback.
In the areas highly exposed to earthquakes, concrete-filled steel tube columns (CFSTCs) are known to provide superior structural aspects such as (i) high strength for good seismic performance (ii) high ductility (iii) enhanced energy absorption (iv) confining pressure to concrete, (v) high section modulus, etc. Numerous studies were reported on behavior of CFSTCs under axial compression loadings. This paper presents an analytical model to predict ultimate load capacity of CFSTCs with circular sections under axial load by using multivariate adaptive regression splines (MARS). MARS is a nonlinear and non-parametric regression methodology. After careful study of literature, 150 comprehensive experimental data presented in the previous studies were examined to prepare a data set and the dependent variables such as geometrical and mechanical properties of circular CFST system have been identified. Basically, MARS model establishes a relation between predictors and dependent variables. Separate regression lines can be formed through the concept of divide and conquers strategy. About 70% of the consolidated data has been used for development of model and the rest of the data has been used for validation of the model. Proper care has been taken such that the input data consists of all ranges of variables. From the studies, it is noted that the predicted ultimate axial load capacity of CFSTCs is found to match with the corresponding experimental observations of literature.
In order to investigate mechanical properties and load-bearing capacity of T-shaped Concrete-Filled Square Steel Tubular (TCFST) composite columns under eccentric axial load, three T-shaped composite columns were tested under eccentric compression. Experimental results show that failure mode of the columns under eccentric compression was bending buckling of the whole specimen, and mono column performs flexural buckling. Specimens behaved good ductility and load-bearing capacity. Nonlinear finite element analysis was also employed in this investigation. The failure mode, the load-displacement curve and the ultimate bearing capacity of the finite element analysis are in good agreement with the experimental ones. Based on eccentric compression test and parametric finite element analysis, the calculation formula for the equivalent slenderness ratio was proposed and the bearing capacity of TCFST composite columns under eccentric compression was calculated. Results of theoretical calculation, parametric finite element analysis and eccentric compression experiment accord well with each other, which indicates that the theoretical calculation method of the bearing capacity is advisable.
Tapered girders emerged as an economical remedy for the challenges associated with constructing long-span buildings. From an economic standpoint, these systems offer significant advantages, such as wide spans, quick assembly, and convenient access to utilities between the beam's shallow sections and the ceiling below. Elastic-local buckling is among the various failure modes that structural designers must account for during the design process. Despite decades of study, there remains a demand for efficient and comprehensive procedures to streamline product design. One of the most pressing requirements is a better understanding of the tapered web plate girder's local buckling behavior. This paper conducts a comprehensive numerical analysis to estimate the critical buckling coefficient for simply supported tapered steel web plates, considering loading conditions involving compression and bending stresses. An eigenvalue analysis was carried out to determine the natural frequencies and corresponding mode shapes of tapered web plates with varying geometric parameters. Additionally, the study highlights the relative significance of various parameters affecting the local buckling phenomenon, including the tapering ratio of the panel, normalized plate length, and ratio of minimum to maximum compressive stresses. The regression analysis and optimization techniques were performed using MATLAB software for the results of the finite element models to propose a separate formula for each load case and a unified formula covering different compression and bending cases of the elastic local buckling coefficient. The results indicate that the proposed formulas are applicable for estimating the critical buckling coefficient for simply supported tapered steel web plates.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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제1권1호
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pp.83-88
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2007
This paper discusses a method of measuring transient potential response of a corrosion interface to a small galvanostatic pulse perturbation for a rapid assessment of the corrosion rate of reinforcing steel in concrete structures. Measurements were taken on 100 mm sections of steel bars which were subjected to a wide range of corrosion conditions, from passive steel to actively corroding steel. The duration of the applied galvanostatic pulse was varied between 5s and 180s, and the lateral distance of the point of measurement on the steel bar varied from zero to 400 mm. The result of the electrochemical transient response was investigated using a typical sampling rate of 1 kHz. Analysis of the transient potential response to the applied galvanostatic pulse has enabled the separation of equivalent electronic components so that the components of a series of capacitances and resistances, whose values are dependent on the corrosion condition of the reinforcing steel, could be isolated. The corrosion rate was calculated from a summation of the separate resistive components, which were associated with the corrosion interface, and was compared with the corrosion rate obtained from linear polarization resistance (LPR) method. The results show that the galvanostatic pulse transient technique enables the components of the polarization resistance to be evaluated separately so as to give more reliable corrosion rate values than those obtained from the LPR method. Additionally, this paper shows how the galvanostatic pulse transient response technique can be implemented. An appropriate measurement time for passive and actively corroding reinforcing steel is suggested for the galvanostatic pulse transient response measurements in the field site.
The non-linear structural analysis of reinforced concrete beams in fire consists of three separate steps: (i) The estimation of the rise of surrounding air temperature due to fire; (ii) the determination of the distribution of the temperature within the beam during fire; (iii) the evaluation of the mechanical response due to simultaneous time-dependent thermal and mechanical loads. Steps (ii) and (iii) are dealt with in the present paper. We present a two-step computational procedure where a 2D transient thermal analysis over the cross-sections of beams are made first, followed by mechanical analysis of the structure. Fundamental to the accuracy of the mechanical analysis is a new planar beam finite element. The effects of plasticity in concrete, and plasticity and viscous creep in steel are taken into consideration. The properties of concrete and steel along with the values of their thermal and mechanical parameters are taken according to the European standard ENV 1992-1-2 (1995). The comparison of our numerical and full-scale experimental results shows that the proposed mechanical and 2D thermal computational procedure is capable to describe the actual response of reinforced concrete beam structures to fire.
본 연구에서는 현장시험 및 계측결과를 바탕으로 지지저항 효과가 고려된 강재스트립 보강재를 적용한 강재틀 보강토옹벽의 안정성 및 거동특성을 평가하였다. 강재틀 보강토옹벽은 강재틀 전면벽체, 보강재 및 뒤채움 흙으로 구성되며, 전면벽체에는 골재를 이용하여 속채움을 하며, 보강재는 지지저항 효과를 고려한 강재스트립 보강재를 적용한다. 현장시험은 2개의 계측구간으로 나누어 수행하였으며, 토압, 전면벽체의 수평변위 및 보강재 인장변형률에 대한 계측을 수행하였다. 현장시험 결과, 전면벽체에 작용하는 토압은 적용된 보강재의 토압분산 효과에 기인하여 이론토압에 비하여 낮은 토압이 발생하였다. 또한 전면벽체의 수평변위는 경험적 변위기준을 만족하는 것으로 확인되었으며, 보강재에 유발된 인장력은 구조물의 안정성에 큰 영향을 미치지 못하는 것으로 분석되었다. 따라서 본 연구에서 적용된 강재틀 보강토옹벽은 구조적으로 안정성을 확보하였으며, 공용이 가능한 것으로 평가되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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