In this paper, the effect of a group of sand columns in the loose soil bed using triaxial tests was studied. To investigate the effect of geotextile reinforcement type on the bearing capacity of these sand columns, Vertical encased sand columns (VESCs) and horizontally reinforced sand columns (HRSCs) were used. Number of sixteen independent triaxial tests and finite element simulation were performed on specimens with a diameter of 100 mm and a height of 200 mm. Specimens were reinforced by either a single sand column or three sand columns with the same area replacement ratio (16%) to evaluate the Influence of the column arrangement. Effect the number of sand columns, the length of vertical encasement and the number of horizontal reinforcing layers were investigated, in terms of bearing capacity improvement and economy. The results indicated that the ultimate bearing capacity of the samples with three ordinary sand columns (OSCs) is eventually about 11% more than samples with an OSC. Also, comparison of the column reinforcing modes showed that four horizontal layers of geotextile achieved similar performance to a vertical encasement geotextile at the 50% of the column height, from the viewpoint of strength improvement, while from the viewpoint of economy, the geotextile needed for encasing the single column is around 2.5 times of the geotextile required for four layers.
Not all structural columns maintain a vertical orientation. Several contemporary building structures have inclined columns, introducing distinct challenges, particularly in buckling behavior. This study examines the buckling behavior of inclined, thin-walled steel bundled columns, differing from typical vertical columns. Using specimens with three tubes welded to plates linearly aligned at the top and triangularly at the bottom, tests indicated that buckling capacity increases with tube wall thickness and diameter but decreases with column height. Inclined tubes in bundled columns showed improved buckling resistance over vertical ones. Results were verified against standard steel design guidelines to assess their predictive accuracy.
Four full-scaled partially confined and unconfined masonry panels were tested with monotonic lateral loads. To study the effects of vertical force and boundary columns, two specimens with no boundary columns were subjected to different vertical forces, while two wing-wall specimens had the column placed eccentrically and in the middle, respectively. The specimens with no boundary columns exhibited ductile rocking behavior, where the lateral strength increased with increasing vertical compression. The wing-wall specimens with columns behaved as strut-and-tie systems. The column-panel interaction resulted in greater strength, lower deformation capacity and differences in failure modes. A comparison with analytical models showed that rocking strength can be accurately estimated using vertical force and the panel aspect ratio for panels with no boundary columns. The estimation for lateral strength on the basis of a panel section area indicated scattered error for wing-wall specimens.
The present study aims to determine the structural response of full scaled rectangular columns under both of vertical and lateral loads using numerical methods. In the study, the composite columns considering full concrete filled circular steel tube (FCFRST) and concrete filled double-skin rectangular steel tube (CFDSRST) section types are numerically modelled using ANSYS software. Vertical and lateral loads are applied to models to assess the structural response of the composite elements. Also similar investigations are done for reinforced concrete rectangular (RCR) columns to compare the results with those of composite elements. The analyses of the systems are statically performed for both linear and nonlinear materials. In linear static analyses, both of vertical and lateral loads are applied to models as only one step. However in nonlinear analyses, while vertical loads are applied to model as only one step, lateral loads are applied to systems as step by step. The displacement and stress changes in some critical nodes and sections and contour diagrams are reported by graphs and figures. At the end of the study, it is demonstrated that the nonlinear models reveal more accurate result then those of linear models. Also, it is highlighted that composite columns provide more and more safety, ductility compared to reinforced concrete column.
Damages to buildings affected by a near-fault strong ground motion are largely attributed to the vertical component of the earthquake resulting in column failures, which could lead to disproportionate building catastrophic collapse in a progressive fashion. Recently, considerable interests are awakening to study effects of earthquake vertical components on structural responses. In this study, detailed modeling and time-history analyses of a 12-story code-conforming reinforced concrete moment frame building carrying the gravity loads, and exposed to once only the horizontal component of, and second time simultaneously the horizontal and vertical components of an ensemble of far-field and near-field earthquakes are conducted. Structural responses inclusive of tension, compression and its fluctuations in columns, the ratio of shear demand to capacity in columns and peak mid-span moment demand in beams are compared with and without the presence of the vertical component of earthquake records. The influences of the existence of earthquake vertical component in both exterior and interior spans are separately studied. Thereafter, the correlation between the increase of demands induced by the vertical component of the earthquake and the ratio of a set of earthquake record characteristic parameters is investigated. It is shown that uplift initiation and the magnitude of tensile forces developed in corner columns are relatively more critical. Presence of vertical component of earthquake leads to a drop in minimum compressive force and initiation of tension in columns. The magnitude of this reduction in the most critical case is recorded on average 84% under near-fault ground motions. Besides, the presence of earthquake vertical components increases the shear capacity required in columns, which is at most 31%. In the best case, a direct correlation of 95% between the increase of the maximum compressive force and the ratio of vertical to horizontal 'effective peak acceleration (EPA)' is observed.
Flat plate constructions are structural systems which are directly placed on columns without any beams. Various solution methods have been introduced for the solution of flat plate structures under horizontal and vertical loads. In most of these solution methods, models comprising of one column and one plate have been studied. In other solutions, however, co-behavior of two reciprocal columns has been investigated. In this study, interrelations of all the columns on one storey have been examined. At the end of the study structure consisting of nine columns and four plates has been chosen as a model. Then unit moment has been successively applied to each of these columns and unit moments carried over the other columns have been found. By working out solutions far plates and columns varying in ratio, carry-over factors have been found and these factors given in tables. In addition, fixed-end moment factors on the columns arising due to vertical load were also calculated. Then citing slope-deflection equations to which these results could be applied, some examples of moment and horizontal equilibrium equations have been given.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.20
no.1
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pp.1-13
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2008
In the present work, wave transformation by vertical columns and its wave forces acting on them are discussed using a direct 3-D numerical model based on the VOF (Volume Of Fluid) method. The numerical results for wave transformations and wave forces are critically compared to an advanced experimental data, and provide the verification of the numerical model used in the present study. Overall model-data comparisons are good. After verification of the numerical model, it is used to simulate wave fields around dual vertical columns with arbitrary cross section, and the characteristics of nonlinear wave forces and wave transformations according to the variations of different cross section types of vertical columns, an interval of vertical columns and incident wave angle are discussed.
This paper deals with the experimental study on strength the strength and deformation characteristics of short circular Concrete Filled Steel Tube (CFST) columns. Effect of vertical stiffeners on the behavior of the column is studied under axial compressive loading. Intermittently welded vertical stiffeners are used to strengthen the tubes. Stiffeners are attached to the inner surface of tube by welding through pre drilled holes on the tube. The variable of the study is the spacing of the weld between stiffeners and circular tube. A total of 5 specimens with different weld spacing (60 mm, 75 mm, 100 mm, 150 mm and 350 mm) were prepared and tested. Short CFST columns of height 350 mm, outer tube diameter of 165 mm and thickness of 4.5 mm were used in the study. Concrete of cube compressive strength $41N/mm^2$ and steel tubes with yield strength $310N/mm^2$ are adopted. The test results indicate that the strength and deformation of the circular CFST column is found to be significantly influenced by the weld spacing. The ultimate axial load carrying capacity was found to increase by 11% when the spacing of weld is reduced from 350 mm to 60 mm. The vertical stiffeners are found to effective in enhancing the initial stiffness and ductility of CFST columns. The prediction models were developed for strength and deformation of CFST columns. The prediction is found to be in good agreement with the corresponding test data.
Two novel types of construction detailings, including using the distributive beam and the inner ring diaphragm in the joint between large-section CFT columns and outrigger truss to enhance the transferring efficiency of huge vertical load, and using the T-shaped stiffeners in the steel tube of large-section CFT columns to promote the local buckling capacity of steel tubes, were tested to investigate their working mechanism and design methods. Experimental results show that the co-working performance between steel tube and inner concrete could be significantly improved by setting the distributive beam and the inner ring diaphragm which can transfer the vertical load directly in the large-section CFT columns. Meanwhile, the T-shaped stiffeners are very helpful to improve the local bulking performance of steel tubes in the column components by the composite action of T-shaped stiffeners together with the core concrete under the range of flange of T-shaped stiffeners. These two approaches can result in a lower steel cost in comparison to normal steel reinforced concrete columns. Finally, a practical engineering case was introduced to illustrate the economy benefits achieved by using the two typical detailings.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.9
no.1
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pp.69-78
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2009
Recent earthquake, such as the Northridge(1994), the Kobe(1995) and the Izmit(1990) earthquakes, gave serious damage in various buildings and bridges by the vertical seismic component. Most of the seismic designs neglect the vertical seismic component for usual frame structures. The purpose of this study is to evaluate the effects of the vertical seismic component and to compare the axial force of columns and plastic rotation angle of the analytical models in these effects. The vertical seismic component produced a large increment of axial force in columns. And the vertical seismic component caused a significant increase of the damage in the columns. As analysis result, increase of axial force cause the damage of columns and give possibility of story collapse mechanism of the structure system. Therefore, area that near fault ground motion is expected may be consider the effect of vertical component of seismic ground motions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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