In this paper, the cyclic behavior of steel beam-concrete encased steel (CES) column joints was investigated experimentally and numerically. Three frame middle joint samples with varying concrete slab widths were constructed. Anti-symmetrical low-frequency cyclic load was applied at two beam ends to simulate the earthquake action. The failure modes, hysteretic behavior, ultimate load, stiffness degradation, load carrying capacity degradation, displacement ductility and strain response were investigated in details. The three composite joints exhibited excellent seismic performance in experimental tests, showing high load-carrying capacity, good ductility and superior energy dissipation ability. All three joint samples reached their ultimate loads due to shear failure. Numerical results from ABAQUS modelling agreed well with the test results. Finally, the effect of the concrete slab on ultimate load was analyzed through a parametric study on concrete strength, slab thickness, as well as slab width. Numerical simulation showed that slab width and thickness played an important role in the load-carrying capacity of such joints. As a comparison, the influence of concrete grade was not significant.
Nie, Biao;Xu, Shanhua;Zhang, Haijiang;Zhang, Zongxing
Steel and Composite Structures
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제35권5호
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pp.611-625
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2020
Experimental investigation and finite element analysis of corroded cold-formed steel (CFS) columns are presented. 11 tensile coupon specimens and 6 stub columns of corroded CFS that had a channel section of C160x60x20 were subjected to monotonic tensile tests and axial compression tests, respectively. The degradation laws of the mechanical properties of the tensile coupon specimens and stub columns were analysed. An appropriate finite element model for the corroded CFS columns was proposed and the influence of local corrosion on the stability performance of the columns was studied by finite element analysis. Finally, the axial capacity of the experimental results was compared with the predictions obtained from the existing design specifications. The results indicated that with an increasing average thickness loss ratio, the ultimate strength, elastic modulus and yield strength decreased for the tensile coupon specimens. Local buckling deformation was not noticeable until the load reached about 90% of the ultimate load for the non-corroded columns, while local buckling deformation was observed when the load was only 40% of the ultimate load for the corroded columns. The maximum reduction of the ultimate load and critical buckling load was 57% and 81.7%, respectively, compared to those values for the non-corroded columns. The ultimate load of the columns with web thickness reduced by 2 mm was 53% lower than that of the non-corroded columns, which indicates that web corrosion most significantly affects the bearing capacity of the columns with localized corrosion. The results predicted using the design specifications of MOHURD were more accurate than those predicted using the design specifications of AISI.
In the present day scenario, concrete construction is rapidly becoming uneconomical and non sustainable practice, due to the scarcity of raw materials and environmental pollution caused by the manufacturing of cement. In this study an attempt has been made to propose recycled aggregates from demolition wastes as coarse aggregate in geopolymer concrete (GPC). Experimental investigations have been conducted to find optimum percentage of recycled aggregates (RA) in GPC by replacing 20%, 30%, 40%, 50% and 60% of coarse aggregates by RA to produce recycled aggregate geopolymer concrete (RGPC). From the study it has been found that the optimum replacement percentage of recycled aggregates was 40% based on mechanical properties and workability. In order to study and compare the flexural behaviour of RGPC and GPC four beams of size $175mm{\times}150mm{\times}1200mm$ were prepared and tested under two point loading. Test results were evaluated with respect to first crack load, ultimate load, load-deflection characteristics, ductility and energy absorption characteristics. Form the experimental study it can be concluded that the addition of recycled aggregate in GPC causes slight reduction in its strength and ductility. Since the percentage reduction in strength and behaviour of RGPC is meager compared to GPC it can be recommended as a sustainable and environment friendly construction material.
van Straalen, Ijsbrand J.;Botter, Erik;van den Berg, Arnold;van Beers, Peter
접착 및 계면
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제5권2호
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pp.5-14
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2004
Since flexible adhesives are used more and more in structural applications, designers should have a better understanding of its behaviour under various conditions as ultimate load, fatigue load, long-term load and environmental conditions. This paper focuses on long-term load conditions and its effect on flexible adhesives. The creep properties of both PU (PolyUrethane) and SMP (Silyl Modified Polymers) adhesives used for identical applications are considered. To investigate the creep behaviour tests under various conditions were done. The results of those tests are presented and compared. To evaluate these results an empirical method is proposed and discussed. An example illustrates the potential of this method. It is also shown that with use of a probabilistic calibration technique this method results into a simple rule, which can be used to calculate the creep for practical applications. For the studied adhesives, the creep performance of the SMP adhesive is shown to be of the same level or slightly better than of the two PU adhesives. In addition to this empirical method, the principles of a more complex theoretical based method are introduced. The potential of this method is illustrated and future research activities are drawn.
As China's infrastructure continues to grow, concrete filled steel tubular (CFST) structures are attracting increasing interest for use in engineering applications in earthquake prone regions owing to their high section modulus, high strength, and good seismic performance. However, in a corrosive environment, the seismic resistance of the CFST columns may be affected to a certain extent. This study attempts to investigate the mechanical behaviours of square CFST members under both a cyclic load and an acid rain attack. First, the tensile mechanical properties of steel plates with various corrosion rates were tested. Second, a total of 12 columns with different corrosion rates were subjected to a reversed cyclic load and tested. Third, comparisons between the test results and the predicted ultimate strength by using four existing codes were carried out. It was found that the corrosion leads to an evident decrease in yield strength, elastic modulus, and tensile strain capacity of steel plates, and also to a noticeable deterioration in the ultimate strength, ductility, and energy dissipation of the CFST members. A larger axial force ratio leads to a more significant resulting deterioration of the seismic behaviour of the columns. In addition, the losses of both thickness and yield strength of an outer steel tube caused by corrosion should be taken into account when predicting the ultimate strength of corroded CFST columns.
Wang, Quanfeng;Guo, Zixiong;Hoogenboom, Pierre C.J.
Structural Engineering and Mechanics
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제21권2호
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pp.221-235
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2005
In this paper, the shear resistance behaviour of reinforced concrete (RC) dapped end beams is investigated by 24 tests until failure load. The main parameters considered are the dapped end height, the type and effective range to provided the stirrups and the bent form of the longitudinal reinforcement. The failure behaviour of dapped end beams is presented and some conclusions are given. Inclined stirrups and longitudinal bent reinforcement have more influence on the shear capacity than vertical stirrups. Additionally, the shear mechanism of dapped end beams is analysed. Relatively simple semi-empirical equations for shear strength have been derived based on the results of 22 dapped end beams. The predicted results are in close agreement with the experimental ones. Finally, some design suggestions for the ultimate shear strength of dapped end beams are presented.
This paper is concerned with the influence of changes in stochastic parameters of the important resistance variables such as the strength modelling parameter and material and geometric properties, on the system safety level of TLP structures. The effect of parameters governing the post-ultimate behaviour is also addressed. An extended incremental load method is employed for the present study, which has been successfully applied to the system reliability analysis of continuous structures. The Hutton Field TLP and its one variant called herein TLP-B, are chosen as TLP models in this paper. The results of several parameteric studies lead to useful conclusions relating to the importance of reducing uncertainties in strength formulae and relating the importance of component post-ultimate behaviour to the systems reliability of such structures.
Adam, Jose M.;Gimenez, Ester;Calderon, Pedro A.;Pallares, Francisco J.;Ivorra, Salvador
Steel and Composite Structures
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제8권4호
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pp.329-342
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2008
The strengthening of reinforced concrete (RC) columns by steel angles and strips (steel cage) is one of various techniques available to increase ultimate column load. Different authors have shown the influence of the beam-column joint on the behaviour of columns strengthened by steel cages. This paper presents an experimental study carried out at the Universidad Polit$\acute{e}$cnica de Valencia with the aim of analysing two different techniques to solve the strengthening close to the joint and the influence on the behaviour of RC columns strengthened steel cages. The ultimate loads obtained in the laboratory tests for these two techniques are compared to that specified by Eurocode 4.
Prakash, Amar;Anandavalli, N.;Madheswaran, C.K.;Lakshmanan, N.
Steel and Composite Structures
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제13권3호
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pp.239-258
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2012
In this paper, experimental investigations on high strength steel (HSS) stud connected steel-concrete composite (SCC) girders to understand the effect of shear connector density on their flexural behaviour is presented. SCC girder specimens were designed for three different shear capacities (100%, 85%, and 70%), by varying the number of stud connectors in the shear span. Three SCC girder specimens were tested under monotonic/quasi-static loading, while three similar girder specimens were subjected to non-reversal cyclic loading under simply supported end conditions. Details of casting the specimens, experimental set-up, and method of testing, instrumentation for the measurement of deflection, interface-slip and strain are discussed. It is found that SCC girder specimen designed for full shear capacity exhibits interface slip for loads beyond 25% of the ultimate load capacity. Specimens with lesser degree of shear connection show lower values of load at initiation of slip. Very good ductility is exhibited by all the HSS stud connected SCC girder specimens. It is observed that the ultimate moment of resistance as well as ductility gets reduced for HSS stud connected SCC girder with reduction in stud shear connector density. Efficiency factor indicating the effectiveness of high strength stud connectors in resisting interface forces is estimated to be 0.8 from the analysis. Failure mode is primarily flexure with fracturing of stud connectors and characterised by flexural cracking and crushing of concrete at top in the pure bending region. Local buckling in the top flange of steel beam was also observed at the loads near to failure, which is influenced by spacing of studs and top flange thickness of rolled steel section. One of the recommendations is that the ultimate load capacity can be limited to 1.5 times the plastic moment capacity of the section such that the post peak load reduction is kept within limits. Load-deflection behaviour for monotonic tests compared well with the envelope of load-deflection curves for cyclic tests. It is concluded from the experimental investigations that use of HSS studs will reduce their numbers for given loading, which is advantageous in case of long spans. Buckling of top flange of rolled section is observed at failure stage. Provision of lips in the top flange is suggested to avoid this buckling. This is possible in case of longer spans, where normally built-up sections are used.
This paper presents a finite element (FE) model for predicting the behaviour of steel column-column connections under axial compression and tension. A robustness approach is utilised for the design of steel column-column connections. The FE models take into account for the effects of initial geometric imperfections, material nonlinearities and geometric nonlinearities. The accuracy of the FE models is examined by comparing the predicted results with independent experimental results. It is demonstrated that the FE models accurately predict the ultimate axial strengths and load-deflection curves for steel column-column connections. A parametric study is carried out to investigate the effects of slenderness ratio, contact surface imperfection, thickness of cover-plates, end-plate thickness and bolt position. The buckling strengths of steel column-column connections with contact surface imperfections are compared with design strengths obtained from Australian Standards AS4100 (1998) and Eurocode 3 (2005). It is found that the column connections with maximum allowable imperfections satisfy the design requirements. Furthermore, the steel column-column connections analysed in this paper can be dismantled and reused safely under typical service loads which are usually less than 40% of ultimate axial strengths. The results indicate that steel column-column connections can be demounted at 50% of the ultimate axial load which is greater than typical service load.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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