현재 일반적으로 활용되고 있는 원통형 쉘구조로 이루어진 타워구조의 대형화가 추진되면서 제작, 운반 편의성, 단면효율성, 경제성 제고를 위해 다각형단면 기둥구조물의 활용이 대두되고 있다. 하지만 다각형 단면 기둥구조의 극한강도에 대한 자료가 충분치 않고 관련 기준이나 지침이 명확히 제시되고 있지 않은 실정이다. 본 연구에서는 원통형 쉘구조물을 다각형구조물로 대체하여 제작될 경우 축방향 압축에 대한 내하력 향상 효과를 수치해석적으로 검토해 보고자 한다. 해석모델은 지름 2m, 두께 20mm인 원형강관 프로토타입 풍력타워 구조를 참고로 하여 이에 내접하도록 결정한 6~12각형 단면 형상으로써 높이 10,000mm인 3차원 기둥모델을 구현하였고 유한요소프로그램인 ABAQUS를 이용하여 해석하였다. 각 subpanel의 중앙에 종방향 보강재를 설치하였을 때 국부좌굴에 대한 내하력 변화를 비교하기 위해 종방향보강재로 보강한 모델을 구성하여 비교 해석을 수행하였다. 종방향 보강재의 제원은 미국 SSRC 제안식을 기준으로 삼았다. 탄성좌굴해석을 통해 탄성좌굴모드 형상을, 비선형비탄성해석을 통해 최종파괴모드 및 극한강도를 얻었다. 보강 전 후의 탄성좌굴 해석 결과로부터 최소모드의 고유치 값을 비교하였다. 각 subpanel 단면 중심부에 한 개의 보강재를 설치한 경우 탄성좌굴강도가 4배 가량 증가하였다. 이로부터, 보강재(n=1) 설치에 따라 유효 폭두께비가 1/2로 감소하는 효과를 확인 할 수 있다. 비선형해석결과로부터 subpanel의 단면중심에 보강재를 설치한 경우 보강재가 위치한 곳에 고정점이 형성되어 이를 중심으로 국부 좌굴모드에 변화가 생기는 것이 확인되었다. 이러한 변화는 다각형 단면 기둥구조의 내하력 성능, 즉 국부좌굴강도에 영향을 준다. 충분한 강성을 갖는 종방향 보강재가 설치된 경우, 극한상태에서도 유효폭두께비가 줄어드는 것과 같은 강도 향상 효과를 확인할 수 있다. 이러한 사실은 각 해석결과 극한강도를 DIN code, Migita와 Fukumoto의 제안식, SSRC 설계제안식 등과의 비교를 통해 확인할 수 있었다.
This paper presents the experimental results of behavior of square CFT columns with large the width-ro thickness ratio strengthened with carbon fiber reinforced polymers (CFRP) sheets subjected to concentrated axial loading. The main parameters were b/t ratio and the number of CFRP layers and 6 specimens were fabricated. The values of b/t were ranged from 60 to 100. From the tests, Maximum increase of 16% was also achieved in axial-load capacity with three transverse layered CFRP applied on four sides of steel tubes. The load capacity decreased up to 41% comparing with nominal load capacity of unstrengthened CFT column. However, for CFRP strengthened CFT, the load capacity decreased up to 32%. Finally, from the load-strain relationships, the local buckling occurred before yield point of steel tubes. Also, from the load-strain relationships, it was observed that local buckling were delayed on CFT columns by CFRP sheets retrofitting.
Lee, Cheol Ho;Kang, Ki Yong;Kim, Sung Yong;Koo, Cheol Hoe
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.25
no.4
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pp.389-398
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2013
The structural provisions of rectangular CFT (concrete-filled tubular) columns in the 2005/2010 AISC Specification, ACI 318-08, and EC4 were comparatively analyzed as a preliminary study for establishing the unified standards for composite structures. The provisions analyzed included those related to the nominal strength, the effect of confinement, plate slenderness, effective flexural stiffness, and the material strength limitations. Small or large difference can be found among the provisions of AISC, ACI, and EC4. Generally, the 2010 AISC Specification provides the revised provisions which reflect up-to-date test results and tries to minimize the conflict with the ACI provisions. For example, the 2010 AISC Specification introduced a more finely divided plate slenderness limits for CFT columns. In seismic applications, the plate slenderness limits required for highly and moderately ductile CFT columns were separately defined. However, the upper cap limitations on material strengths in both the AISC and EC4 provisions are too restrictive and need to be relaxed considering the high-strength material test database currently available. This study found that no provisions reviewed in this paper provide a generally satisfactory method for predicting the P-M interaction strength of CFT columns under various material combinations. It is also emphasized that a practical constitutive model, which can reasonably reflect the stress-strain characteristics of confined concrete of rectangular CFT columns, is urgently needed for a reliable prediction of the P-M interaction strength.
Park, Hong Gun;Lee, Ho Jun;Park, Sung Soon;Kim, Sung Bae
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.26
no.1
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pp.55-68
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2014
In this study, the beam-to column connections of concrete-encased-and-filled steel tube columns were tested under cyclic loading. Two specimens using steel beams and two specimens using precast concrete beams were tested. The dimension of the column cross section was $670mm{\pm}670mm$. The beam depths were 488mm and 588mm for the steel beams and 700mm for the precast concrete beams. The longitudinal bar ratios of the precast concrete beams were 1.1% and 1.5%. For the connections to the steel beams, continuity plates were used in the tube columns. For the connections to the PC beams, couplers were used for beam re-bar connections. The test results showed that except for a specimen, deformation capacities of the specimens were greater than 4% rotation angle, which is the requirement for the Special Moment Frame. Particularly, specimens using precast concrete beam showed excellent performances in the strength, deformation, and energy dissipation.
Recently, CFT Column has reported a lot of study result, because a CFT column has certain superior structural properties as well as good productivity, execution efficiency, and improved rigidity over existing column. However, CFT column still has problems clearing the capacity evaluation between its steel tube member and high-strength concrete materials. Also, high-strength concrete filled steel square tube column(HCFT) examined numerical value explanatorily about transformation performance(M-ø) of when short-column receives equal flexure-moment from axial stress on research for concrete. hnd, with basis assumption, executed development of analysis program of moment-curvature relation for analytic analysis of transformation performance of HCFT section that get by an experiment. This study investigated to properties of structural(capacity, curvature), through a series of experiments for HCFT with key parameters, such as strength of concrete(600kgf/$\textrm{cm}^2$), D/t ratio, slenderness ratio(λ) and concrete kinds under eccentric load. And, I executed comparative analysis with AISC-LRFD, AIJ and Takanori Sato etc. and experiment result that is capacity design formula.
Kim, Sun Hee;Yom, Kong Soo;Kim, Yong Hwan;Choi, Sung Mo
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.28
no.1
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pp.23-34
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2016
Concrete filled steel tube system has two major advantages. First, the confinement effect of steel tube improves the compressive strength of concrete. Second, the load capacity and deformation capacity of members are improved because concrete restrains local buckling of steel tube. It does, however, involve workability problem of using stud bolts or anchor bolts to provide composite effect for larger cross-sections. While the ribs inside the columns are desirable in terms of compressive behavior, they cause the deterioration in load capacity upon in-plane deformation resulting from thermal deformation. Since the ribs are directly connected with the concrete, the deformation of the ribs accelerates concrete cracking. Thus, it is required to improve the toughness of the concrete to resist the deformation of the ribs. Welding built-up tubular square columns can secure safety in terms of fire resistance if the problem are solved. This study focuses on mixing steel fiber in the concrete to improve the ductility and toughness of the columns. In order to evaluate fire resistance performance, loaded heating test was conducted with 8 specimens. The behavior and thermal deformation capacity of the specimens were analyzed for major variables including load ratio. The reliability of heat transfer and thermal stress analysis model was verified through the comparison of the results between the test and previous study.
Park, Jai Woo;Choi, Sun Kyu;Choi, Sung Mo;Song, Dong Yub;Yoo, Jung Han
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.24
no.6
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pp.735-742
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2012
This paper presents the experimental results of axially loaded stub columns of slender steel hollow square section(SHS) strengthened with carbon fiber reinforced polymers(CFRP) sheets. 6 specimens were fabricated and the main parameters were: width-thickness ratio(b/t) and CFRP retrofitting. From the tests, it was observed that two sides would typically buckle outward and the other two sides would buckle inward. A maximum increase of 33% was achieved in axial-load capacity. Also, stiffness and ductility index(DI) were compared between unretrofitted specimens and retrofitted specimens. In the last section, a prediction formula of the ultimate strength developed using the experimental results is presented.
This paper described the ultimate strength and deformation limit of new uniplanar T-joints in cold-formed square hollow sections. The new T-joint had the configuration that only a branch member was oriented at 45 degrees to a chord member in the plane of the truss. This study focused on the branch-rotated T-joints governed by chord web failure. Based on the test results of the T-joint in cold-formed square hollow sections, the deformation lirnit was found to be 3%B for $16.7{\leq}2(B/T){\leq}33.3$ and $0.63{\leq}(b_1/B)=0.7$. Existing strength formulas for traditional T-joint were investigated, and the new strength formula for the branch-rotated T-joint was proposed. This proposed formula was based on column buckling theory considering the rounded corners of cold-formed square hollow sections. Finally, the optimization condition of yield stress and $2{\gamma}$ was recommended to select the optimized chord section.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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