Top-down construction is a construction technique in which pit excavation and structure construction are conducted simultaneously. Reducing construction time and minimizing noise and vibration which affect neighboring structures, the technique is widely employed in constructing downtown structures. While H-steel columns have been commonly used as core columns, concrete filled steel tube (CFT) columns are at the center of attention because the latter have less axial directionality and greater cross-sectional efficiency than the former. When compared with circular CFT columns, square CFT columns are more easily connected to the floor structure and the area of percussion rotary drilling (PRD) is smaller. For this reason, square CFT columns are used as core columns of concrete encased and filled square (CET) columns in underground floors. However, studies on the structural behavior and concrete stress transfer of CET columns have not been conducted. Since concrete is cast according to construction sequence, checking the stress of concrete inside the core columns and the stress of covering concrete is essential. This paper presents the results of structural tests and analyses conducted to evaluate the usability and safety of CET columns in top-down construction where CFT columns are used as core columns. Parameters in the tests are loading condition, concrete strength and covering depth. The compressive load capacity and failure behavior of specimens are evaluated. In addition, 2 cases of field application of CET columns in underground floors are analyzed.
This paper studies the lateral impact behavior of ultra-high performance fiber-reinforced concrete (UHPFRC) filled double-skin steel tubular (UHPFRCFDST) columns. The impact force, midspan deflection, and strain histories were recorded. Based on the test results, the influences of drop height, axial load, concrete type, and steel tube wall thickness on the impact resistance of UHPFRCFDST members were analyzed. LS-DYNA software was used to establish a finite element (FE) model of UHPFRC filled steel tubular members. The failure modes and histories of impact force and midspan deflection of specimens were obtained. The simulation results were compared to the test results, which demonstrated the accuracy of the finite element analysis (FEA) model. Finally, the effects of the steel tube thickness, impact energy, type of concrete and impact indenter shape, and void ratio on the lateral impact performances of the UHPFRCFDST columns were analyzed.
The present paper provides test data to evaluate the seismic performance of recycled aggregate concrete (RAC) filled steel square hollow section (SHS) beam-columns. Fifteen specimens, including 12 RAC filled steel tubular (RACFST) columns and 3 reference conventional concrete filled steel tubular (CFST) columns, were tested under reversed cyclic flexural loading while subjected to constant axially compressive load. The test parameters include: (1) axial load level (n), from 0.05 to 0.47; and (2) recycled coarse aggregate replacement ratio (r), from 0 to 50%. It was found that, generally, the seismic performance of RACFST columns was similar to that of the reference conventional CFST columns, and RACFST columns exhibited high levels of bearing capacity and ductility. Comparisons are made with predicted RACFST beam-column bearing capacities and flexural stiffness using current design codes. A theoretical model for conventional CFST beam-columns is employed in this paper for square RACFST beam-columns. The predicted load versus deformation hysteretic curves are found to exhibit satisfactory agreement with test results.
Modular construction is an emerging technology to accommodate the increasing restrictions in terms of construction period, energy efficiency and environmental impacts, since each structural module is prefabricated offsite beforehand and assembled onsite using industrialized techniques. However, some innate structural drawbacks of this innovative method are also distinct, such as connection tying inaccessibility, column instability and system robustness. This study aims to explore the theoretical and numerical stability analysis of a tenon-connected square hollow section (SHS) steel column to address the tying and stability issue in modular construction. Due to the excellent performance of composite structures in fire resistance and buckling prevention, concrete-filled steel tube (CFST) columns are also taken into account in the analysis to evaluate the feasibility of adopting composite sections in modular buildings. Characteristic equations with three variables, i.e., the length ratio, the bending stiffness ratio and the rotational stiffness ratio, are generated from the fourth-order governing differential equations. The rotational stiffness ratio is recognized as the most significant factor, with interval analysis conducted for its mechanical significance and domain. Numerical analysis using ABAQUS is conducted for validation of characteristic equations. Recommendations and instructions in predicting the buckling performance of both SHS and CFST columns are then proposed.
Lee, Seong Hui;Jung, Hun Mo;Kim, Dae Jung;Kim, Jin Ho;Choi, Sung Mo
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.20
no.6
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pp.711-722
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2008
Existing tube for concrete filled tubular structure is made through welding of four plates irrespective of tube thickness, so production performance is poor and special welding technique is needed to weld the internal diaphragm and through the diaphragm. Therefore, through manufacturing by cold forming development of beam to column connections that is no welding in position of stress concentration is needed. In this study the proposal of beam to column connections details and to making tube specimens by method of bending steel plates, we want to know the compositeeffect between internal anchor and concrete by processing on stress distribution and internal force evaluation of concrete filled tube beam to column connections with a variable of flange welding existence between column and beam, welding quantity between column and diaphragm, existence of concrete in tube, column with diaphragm and general column.
The behavior of 8 steel reinforced high-strength concrete (SRHSC) columns, which comprised of four identical columns with cross-shaped steel and other four identical columns with square steel tube, was investigated experimentally under cyclic uniaxial and biaxial loading independently. The influence of steel configuration and loading path on the global behavior of SRHSC columns in terms of failure process, hysteretic characteristics, stiffness degradation and ductility were investigated and discussed, as well as stress level of the longitudinal and transverse reinforcing bars and steel. The research results indicate that with a same steel ratio deformation capacity of steel reinforced concrete columns with a square steel tube is better than the one with a cross-shaped steel. Loading path affects hysteretic characteristics of the specimens significantly. Under asymmetrical loading path, hysteretic characteristics of the specimens are also asymmetry. Compared with specimens under unidirectional loading, specimens subjected to bidirectional loading have poor carrying capacity, fast stiffness degradation, small yielding displacement, poor ductility and small ultimate failure drift. It also demonstrates that loading paths affect the deformation capacity or deformation performance significantly. Longitudinal reinforcement yielding occurs before the peak load is attained, while steel yielding occurs at the peak load. During later displacement loading, strain of longitudinal and transverse reinforcing bars and steel of specimens under biaxial loading increased faster than those of specimens subjected to unidirectional loading. Therefore, the bidirectional loading path has great influence on the seismic performance such as carrying capacity and deformation performance, which should be paid more attentions in structure design.
Chung, Kyung Soo;Choi, In Rak;Kim, Do Hwan;Kim, Jin Ho
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.25
no.1
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pp.71-80
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2013
Fire-resistant (FR) test data for a square concrete-filled steel tube (CFT) columns consisting of high-strength steel (fy>650MPa) and high strength concrete (fck>100MPa) under axial loads are insufficient. The FR behavior of square high-strength CFT members was investigated experimentally for two specimens having ${\Box}-400{\times}400{\times}15{\times}3,000mm$ with two axial load cases (5,000kN and 2,500kN). The results show that the FR performance of the high-strength CFT was rapidly decreased at earlier time (much earlier at high axial load) than expected due to high strength concrete spalling and cracks. In addition, a fiber element analysis (FEA) model was proposed and used to simulate the fiber behaviour of the columns. For steel and concrete, the mechanical and thermal properties recommended in EN 1994-1-2 are adopted. Test results were compared to those of numerical analyses considering a combination of temperature and axial compression. The numerical model can reasonably predict the time-axial deformation relationship.
Recently, high performance(strength) steels have been utilized to structural materials in buildings and bridges with the demand for high-rise and long-span of main structures. This paper is a series of basic study for the design specification of structural members using high performance steel, material properties of high performance rolled steel building structures. HSA800 was compared with the requirements of Korean Standards(KS) for HSA800. Welded square tube stub columns with variables of width-to-thickness ratios are planned in order to investigate the local buckling behaviors and check the current design limit of width-to-thickness ratio and uniaxial compressive tests are carried out. In addition, the local buckling behaviors of stub columns obtained finite element analysis were compared with those of test results.
The purpose of this study was to analyze the characteristics of semi-igid behavior of the steel tubular column to H-beam connection reinforced with exterior square-plate diaphragms and to check the main parameters that affect this behavior. Steel tube connections without interior diaphragm and/or complicated exterior diaphragm show the considerable flexibility due to out of-plane deformation of tube flange. For the exact analysis well-reflected the effect of this flexibility on the overall frame performance. it need to find out the moment-rotation curve function that well trace the result of experiment in the whole region and the function should be simply transformed into an adequate form for the nonlinear analysis program. After collecting several test data same to the connection type considered. we carried out FEM analysis using ANSYS for the assumed beam-to-column connection developed from the simple tension test and the results are compared with experimental values. Based on the parametric study. we proposed the moment-relation curve function and performed the multiple-regression analysis procedure for three parameters consisting of this function with the main geometric parameter of this connection type.
This paper numerically investigated the behavior of built-up square concrete-filled steel tubular (CFST) columns under combined preload and axial compression. The finite element (FE) models of target columns were verified in terms of failure mode, axial load-deformation curve and ultimate strength. A full-range analysis on the axial load-deformation response as well as the interaction behavior was conducted to reveal the composite mechanism. The parametric study was performed to investigate the influences of material strengths and geometric sizes. Subsequently, influence of construction preload on the full-range behavior and confinement effect was investigated. Numerical results indicate that the axial load-deformation curve can be divided into four working stages where the contact pressure of curling rib arc gradually disappears as the steel tube buckles; increasing width-to-thickness (B/t) ratio can enhance the strength enhancement index (e.g., an increment of 1.88% from B/t=40 to B/t=100), though ultimate strength and ductility are decreased; stiffener length and lip inclination angle display a slight influence on strength enhancement index and ductility; construction preload can degrade the plastic deformation capacity and postpone the origin appearance of contact pressure, thus making a decrease of 14.81%~27.23% in ductility. Finally, a revised equation for determining strain εscy corresponding to ultimate strength was proposed to evaluate the plastic deformation capacity of built-up square CFST columns.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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