The aim of this paper is to investigate the appropriateness of current codes of practice for predicting the axial load capacity of high-strength Concrete Filled Steel Tubular Columns (CFSTCs). Australian/New Zealand standards and other international codes of practice for composite bridges and buildings are currently being revised and will allow for the use of high-strength CFSTCs. It is therefore important to assess and modify the suitability of the section and ultimate buckling capacities models. For this purpose, available experimental results on high-strength composite columns have been assessed. The collected experimental results are compared with eight current codes of practice for rectangular CFSTCs and seven current codes of practice for circular CFSTCs. Furthermore, based on the statistical studies carried out, simplified relationships are developed to predict the section and ultimate buckling capacities of normal and high-strength short and slender rectangular and circular CFSTCs subjected to concentric loading.
There has been considerable research in recent times in light-timber med structures in fires. These structures have included horizontal (floor-like) panels in bending and walls under eccentric and approximately concentric vertical loading. It has been shown that compression properties are the most dominant mechanical properties in affecting structural response of these structures in fire. Compression properties have been obtained by various means as functions of one variable only, temperature. It has always been expected that compression properties would be significantly affected by moisture and stress, as well. However, these variables have been largely ignored to simplify the complex problem of predicting the response of light-timber framed structures in fire. Full-scale experiments on both the panels and walls have demonstrated the high level of significance of moisture and stress for a limited range of conditions. Described in this paper is an overview of these conditions and experiments undertaken to obtain compression properties as a functions of moisture, stress and temperature. The experiments limited temperatures to $20{\sim}100^{\circ}C$. At higher temperatures moisture vaporizes and moisture and stress are less significant. Described also is a creep model for wood at high temperatures.
The paper describes the mechanical behavior of short concrete-filled steel tube (CFT) columns with circular section. The efficiency of the steel tube in confining the concrete core depending on concrete strength and the steel tube thickness was examined. Fifteen columns were tested to failure under concentric axial loading. Furthermore, a mechanical model based on the interaction between the concrete core and the steel tube was developed. The model employs a volumetric strain history for the concrete, characterized by the level of applied confining stress. The situation of passive confinement is accounted for by an incremental procedure, which continuously updates the confining stress. The post-yield behavior of the columns is greatly influenced by the confinement level and is related to the efficiency of the steel tube in confining the concrete core. It is possible to classify the post-yield behavior into three categories: strain softening, perfectly plastic and strain hardening behavior. The softening behavior, which is due to a shear plane failure in the concrete core, was found for some of the CFT columns with high-strength concrete. Nevertheless, with a CFT column, it is possible to use high-strength concrete to obtain higher load resistance and still achieve a good ductile behavior.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2004.10a
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pp.60-67
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2004
The designer of a tall building even in moderate and low seismic regions should, in finalizing the desist consider the probable impact of the design basis earthquake on the selected structural system. In this study, seismic response analysis was conducted to evaluate the seismic performance of concentrically braced steel highrise buildings which were designed only for governing wind loading under moderate seismicity. The main purpose of this analysis was to see if the wind design would create a system whose elastic capacity clearly exceeds the probable demand as suggested by the design basis earthquake. The strength demand-to-capacity study revealed that the wind-designed steel highrise buildings with the aspect ratio of larger than five can withstand the design basis earthquake elastically by a sufficient margin due to the system over-strength resulting from the wind-serviceability criterion. The maximum story drift demand from the design basis earthquake was just 0.25% (or half the limit of Immediate Occupancy performance level in FEMA 273)
In this paper, a finite element model (FEM) in ATENA-3D software was constructed to investigate the behavior of circular ultra high performance concrete (UHPC) filled steel tube stub columns (UHPC-FSTCs) under concentric loading on concrete core. The "CC3DNonLinCementitious2User" material type for concrete in ATENA-3D software with some modifications of material laws, was adopted to model for UHPC core with consideration the confinement effect. The experimental results obtained from Schneider (2006) were then employed to verify the accuracy of FEM. Extensive parametric analysis was also conducted to examine the influence of concrete compressive strength, steel tube thickness and steel yield strength on the compressive behavior of short circular UHPC-FSTCs. It can be observed that the columns with thicker steel tube show better strength and ductility, the sudden drop of load after initial peak load can be prevented. Based on the regression analysis of the results from parametric study, simplified formulae for predicting ultimate loads and strains were proposed and verified by comparing with previous analytical models, design codes and experimental results.
Large-scale cantilever reinforced concrete (RC) columns with footing/stub were examined to determine their seismic response under a quasi-static increasing-magnitude cyclic lateral loading. Three-dimensional (3D) numerical models of RC columns with ductile and non-ductile reinforcement arrangements were developed in a Finite Element (FE) software, i.e., ABAQUS, to corroborate them with the experimental study conducted by the author. Both simulated models were validated with the experimental results in all respects, and the theoretical axial capacity of columns under concentric axial load (P0) was calculated. Subsequently, a detailed parametric study was conducted by adopting the force and reinforcement variables. These variables include axial compression ratios (ACR) varying from 0.35P0 to 0.7P0 and the amount of lateral reinforcements taken as 0.33% and 1.31% representing the non-ductile and ductile columns, respectively. This research outcome conclusively quantifies the combined effect of ACR levels and lateral reinforcement spacing on the flexural response and ductility characteristics of RC columns. The comparative analysis reveals that increased ACR levels resulted in a severe reduction in strength, deformability and ductility characteristics of both ductile and non-ductile columns. Structural response of ductile columns at higher ACR levels was comparable to the non-ductile columns, nullifying the beneficial effects of ductile design provisions. Higher ACR levels caused decline in pre-peak and post-peak response trajectories, leading to an earlier attainment of peak response at lower drift levels.
The purpose of this study was to investigate the influence of early functional load around osseointegrated titanium implants. 24 titanium plasma spray coated implants (ITI HS-type) were placed into the previously extracted site in the mandible of six adult dogs. The implants were divided into three groups : the control group was the implants without abutment during the experimental period; the experimental group I was loaded by connecting the contoured abutment after 6 weeks of healing; the experimental group II was loaded after 12 weeks of healing: and the mandibular second premolar and surrounding tissues were selected for natural tooth group to compare the implanted group. All dogs were injected intravenously tetracycline, alizarin red S, and calcein for bone labeling. After the experimental period of 18 weeks, the dogs were sacrificed and longitudinal sections of the bone-implant interface were cut and observed using light microscope, scanning electron microscope, and fluorescence microscope. The results of the study were as follows: 1. Light and scanning electron microscopically, all implant surfaces were well contact with bone tissue at the cortical layer, but some areas of cancellous bone were not contact directly. 2. Fluorescence microscopically, number and size of the new secondary osteons around the implant were increased than those of the natural tooth. 3. Fluorescence microscopically, linear and concentrical fluorescence was observed at or near the surface of all implants, and the bone formation and remodeling of the implants loaded after 6 week of healing were great, and unloaded implants were worst. 4. Fluorescence microscopically, endosteal bone formation was greater than periosteal bone formation at or near the implants. 5. Fluorescence microscopically, number and size of linear and concentric fluorescence was increased at the lingual side than the buccal side of the loaded implants. The result of the study indicate the possibility of the early load to the implant via a prosthesis.
In this study, prefabricated composite columns using high-strength angles (PSRC composite column) was studied. Concentric axial loading tests were performed for 2/3 scale PSRC specimens and an conventional SRC specimen with H-steel at the center of the cross-section. The test parameters were the steel ratio of angles and the spacing of lateral re-bars. The test results showed that by placing the angles at the corners of the cross-section for confinement with provided for the core concrete, the PSRC column specimens exhibited greater load-carrying capacity and deformation capacity than those of the conventional SRC column. The axial load-carrying capacity of the PSRC columns was greater than the prediction by KBC 2009. Using existing stress-strain relationship of confined concrete, the axial load-deformation relationship of the specimens were predicted. The numerical predictions correlated well with the test results in terms of initial stiffness, load-carrying capacity, and post-peak strength- and stiffness-degradations.
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.
Hassan, M.S.;Salawdeh, S.;Hunt, A.;Broderick, B.M.;Goggins, J.
Advances in Computational Design
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v.3
no.3
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pp.233-267
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2018
Conventional seismic design of concentrically braced frame (CBF) structures suggests that the gusset plate connecting a steel brace to beams and/or columns should be designed as non-dissipative in earthquakes, while the steel brace members should be designed as dissipative elements. These design intentions lead to thicker and larger gusset plates in design on one hand and a potentially under-rated contribution of gusset plates in design, on the other hand. In contrast, research has shown that compact and thinner gusset plates designed in accordance with the elliptical clearance method rather than the conventional standard linear clearance method can enhance system ductility and energy dissipation capacity in concentrically braced steel frames. In order to assess the two design methods, six cyclic push-over tests on full scale models of concentric braced steel frame structures were conducted. Furthermore, a 3D finite element (FE) shell model, incorporating state-of-the-art tools and techniques in numerical simulation, was developed that successfully replicates the response of gusset plate and bracing members under fully reversed cyclic axial loading. Direct measurements from strain gauges applied to the physical models were used primarily to validate FE models, while comparisons of hysteresis load-displacement loops from physical and numerical models were used to highlight the overall performance of the FE models. The study shows the two design methods attain structural response as per the design intentions; however, the elliptical clearance method has a superiority over the standard linear method as a fact of improving detailing of the gusset plates, enhancing resisting capacity and improving deformability of a CBF structure. Considerations were proposed for improvement of guidelines for detailing gusset plates and bracing members in CBF structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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