이 연구에서는 y형강판과 L형강으로 기둥의 외부를 구성하고 내부에 콘크리트를 타설하여 완성하는 yLRC (Reinforced Concrete with y-shape steel sheets and L-shape steel angles) 합성기둥에 대한 기초적인 실험을 수행하였다. yLRC 합성기둥은 철골과 콘크리트의 합성작용으로 단면성능이 우수하고, 거푸집 공사와 배근 공사를 생략할 수 있으므로 공기단축과 시공성 향상에도 상당한 효과를 나타낼 것으로 예상된다. L형강의 폭-두께비가 압축강도에 미치는 영향을 분석하기 위해서 L형강의 폭-두께비를 실험변수로 하는 6개의 실험체 (축소실험체 3개 및 실대실험체 3개)를 제작하고, 이 실험체에 대하여 중심축하중 실험을 수행하였다. 실험결과를 바탕으로 yLRC 합성기둥의 압축거동 및 압축강도에 대한 역학적인 특성을 분석하였다.
Local buckling can be ignored for hot-rolled ordinary strength steel equal angle compression members, because the width-to-thickness ratios of the leg don't exceed the limit value. With the development of steel structures, Q420 high strength steel angles with the nominal yield strength of 420 MPa have begun to be widely used in China. Because of the high strength, the limit value of the width-to-thickness ratio becomes smaller than that of ordinary steel strength, which causes that the width-to-thickness ratios of some hot-rolled steel angle sections exceed the limit value. Consequently, local buckling must be considered for 420 MPa steel equal angles under axial compression. The existing research on the local buckling of high strength steel members under axial compression is briefly summarized, and it shows that there is lack of study on the local buckling of high strength steel equal angles under axial compression. Aiming at the local buckling of high strength steel angles, this paper conducts an axial compression experiment of 420MPa high strength steel equal angles, including 15 stub columns. The test results are compared with the corresponding design methods in ANSI/AISC 360-05 and Eurocode 3. Then a finite element model is developed to analyze the local buckling behavior of high strength steel equal angles under axial compression, and validated by the test results. Following the validation, a finite element parametric study is conducted to study the influences of a range of parameters, and the analysis results are compared with the design strengths by ANSI/AISC 360-05 and Eurocode 3.
The existing method to improve the coordination performance of the inner and outer parts of concrete-encased concrete-filled steel tube (CFST) composite columns by increasing the volume-stirrup ratio causes difficulties in construction due to over-dense stirrups. Thus, this paper proposes an open polygonal composite stirrup with high strength and high ductility CRB600H reinforced rebar, and seventeen specimens were constructed, and their axial compressive performance was tested. The main parameters considered were the volume-stirrup ratio, the steel tube size, the stirrup type and the stirrup strength. The test results indicated: For the specimens restrained by open octagonal composite stirrups, compared with the specimen of 0.5% volume-stirrup ratio, the compressive bearing capacity increased by 14.6%, 15.7% and 21.5% for volume-stirrup ratio of 0.73%, 1.07% and 1.61%, respectively. For the specimens restrained by open composite rectangle stirrups, compared with the specimen of 0.79% volume-stirrup ratio, the compressive bearing capacity increased by 7.5%, 6.1%, and -1.4% for volume-stirrup ratio of 1.12%, 1.58% and 2.24%, respectively. The restraint ability and the bearing capacity of the octagonal composite stirrup are better than other stirrup types. The specimens equipped with open polygonal composite stirrup not only had a higher ductility than those with the traditional closed-loop stirrup, but they also had a higher axial bearing capacity than those with an HPB300 strength grades stirrup. Therefore, the open composite stirrup can be used in practical engineering. A new calculation method was proposed based on the stress-strain models for confined concrete under different restrain conditions, and the predicted value was close to the experimental value.
단주영역에서 정사각형 콘크리트 충전 강관기둥의 단순 누가강도, 설계식 강도는 실험강도에 비해 약간 과소하게 평가하고 있다. 따라서 본 논문은 주요 요인이 되는 콘크리트의 구속효과를 고려하여 평가하고자 하였다. 콘크리트의 구속효과를 검토하기 위해 3차원 유한요소모델을 사용하여 강관의 폭-두께비(b/t), 콘크리트의 압축강도($f_c$'), 강재의 항복응력($f_y$)에 따른 영향을 검토하였고 이 세 변수를 조합한 제안된 강도식은 기존의 실험값과 비교, 검토되었다. 또한 하중 재하상태에 따른 콘크리트의 구속효과도 살펴 보았다.
A new type of moment-resisting bolted connection was developed for use in composite steel- concrete construction to connect composite open section steel beams to concrete filled steel square tubular columns. The connection was made possible using anchored blind bolts along with two through bolts. It was designed to act compositely with the in-situ reinforced concrete slab to achieve an enhanced stiffness and strength. The developed connection was incorporated in the design of a medium rise (five storey) commercial building which was located in low to medium seismicity regions. The lateral load resisting system for the design building consisted of moment resisting frames in two directions. A major full scale test on a sub-assembly of a perimeter moment-resisting frame of the model building was conducted to study the system behaviour incorporating the proposed connection. The behaviour of the proposed connection and its interaction with the floor slab under cyclic loading representing the earthquake events with return periods of 500 years and 2500 years was investigated. The proposed connection was categorized as semi rigid for unbraced frames based on the classification method presented in Eurocode 3. Furthermore, the proposed connection, composite with the floor slab, successfully provided adequate lateral load resistance for the model building.
본 연구에서는 세장판으로 구성된 중공강관(SHS)기둥에 CFRP쉬트로 보강하여 중심축하중 실험을 수행하였다. 총 6개의 실험체를 제작하였으며, 실험변수는 판폭두께비, 보강유무이다. 실험결과 사각단면의 두면은 안쪽으로 국부좌굴이 발생하였으며, 나머지 두 면은 바깥쪽으로 국부좌굴이 발생하였다. CFRP쉬트의 보강을 통해 최대 33%의 내력상승효과를 얻었으며, 초기강성과 연성능력을 비교하였다. 끝으로, 압축극한 내력을 산정식을 제안하여 실험값과 비교하였다.
Ananthi, G. Beulah Gnana;Roy, Krishanu;Chen, Boshan;Lim, James B.P.
Steel and Composite Structures
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제33권4호
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pp.595-614
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2019
In cold-formed steel (CFS) structures, such as trusses, transmission towers and portal frames, the use of back-to-back built-up CFS unequal angle sections are becoming increasingly popular. In such an arrangement, intermediate welds or screw fasteners are required at discrete points along the length, preventing the angle sections from buckling independently. Limited research is available in the literature on axial strength of back-to-back built-up CFS unequal angle sections. The issue is addressed herein. This paper presents an experimental investigation on both the welded and screw fastened back-to-back built-up CFS unequal angle sections under axial compression. The load-axial shortening and the load verses lateral displacement behaviour along with the deformed shapes at failure are reported. A nonlinear finite element (FE) model was then developed, which includes material non-linearity, geometric imperfections and modelling of intermediate fasteners. The FE model was validated against the experimental test results, which showed good agreement, both in terms of failure loads and deformed shapes at failure. The validated FE model was then used for the purpose of a parametric study to investigate the effect of different thicknesses, lengths and, yield stresses of steel on axial strength of back-to-back built-up CFS unequal angle sections. Five different thicknesses and seven different lengths (stub to slender columns) with two different yield stresses were investigated in the parametric study. Axial strengths obtained from the experimental tests and FE analyses were used to assess the performance of the current design guidelines as per the Direct Strength Method (DSM); obtained comparisons show that the current DSM is conservative by only 7% on average, while predicting the axial strengths of back-to-back built-up CFS unequal angle sections.
Gnana Ananthi, G. Beulah;Roy, Krishanu;Lim, James B.P.
Steel and Composite Structures
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제42권1호
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pp.1-22
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2022
In cold-formed steel (CFS) structures, such as trusses, transmission towers and portal frames, the use of back-to-back built-up CFS unequal angle sections are becoming increasingly popular. In such an arrangement, intermediate welds or screw fasteners are required at discrete points along the length, preventing the angle sections from buckling independently. Limited research is available in the literature on axial strength of back-to-back built-up CFS unequal angle sections. The issue is addressed herein. This paper presents an experimental investigation reported by the authors on back-to-back built-up CFS unequal angle sections with intermediate stiffeners under axial compression. The load-axial shortening behaviour along with the deformed shapes at failure are reported. A nonlinear finite element (FE) model was then developed, which includes material non-linearity, geometric imperfections and modelling of intermediate fasteners. The FE model was validated against the experimental test results, which showed good agreement, both in terms of failure loads and deformed shapes at failure. The validated finite element model was then used for the purpose of a parametric study comprising 96 models to investigate the effect of longer to shorter leg ratios, stiffener provided in the longer leg, thicknesses and lengths on axial strength of back-to-back built-up CFS unequal angle sections. Four different thicknesses and seven different lengths (stub to slender columns) with three overall widths to the overall depth (B/D) ratios were investigated in the parametric study. Axial strengths obtained from the experimental tests and FE analyses were used to assess the performance of the current design guidelines as per the Direct Strength Method (DSM); obtained comparisons show that the current DSM is conservative by only 7% and 5% on average, while predicting the axial strengths of back-to-back built-up CFS unequal angle sections with and without the stiffener, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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