본 연구에서는 콘크리트충전 원형강관(원형 CFT)기둥의 내화성능을 평가하기 위하여 수치해석을 수행하였다. 강관은 SPSR 400 강재를 사용하였으며 강관 내에는 27.5MPa와 37.8MPa 강도의 콘크리트를 사용하였다. 콘크리트 강도, 작용 축력, 단면 직경을 변수로 설정하였다. 수치해석의 정확성을 검증하기 위하여, 기존의 각국 내화성능설계식들에 의한 계산 결과값과 비교 평가 하였다. 또한, 기존의 실대 원형 CFT기둥의 내화성능 평가 실험 결과와 함께 비교 분석하여 수치해석의 타당성을 검증하였다. 원형 CFT기둥의 내화실험 및 수치해석적 연구를 통해 도출된 내화저항시간과 축력비, 단면직경, 콘크리트 강도의 영향을 각형 CFT기둥의 내화성능과 비교 분석하여 각 영향인자들의 영향을 평가하였다. 본 연구의 수치해석적 연구는 실험결과와 비슷한 거동 및 내화성능을 보였다. 따라서 본 연구에서의 수치해석에 의한 CFT기둥의 내화 성능 예측은 타당하다고 판단된다.
To better understand the influence of hollow ratio on the hollow concrete-filled circular steel tubular (H-CFT) stub columns under axial compression and to propose the design formula of ultimate bearing capacity for H-CFT stub columns, 3D finite element analysis and laboratory experiments were completed to obtain the load-deformation curves and the failure modes of H-CFT stub columns. The changes of the confinement effect between core concrete and steel tube with different hollow ratios were discussed based on the finite element results. The result shows that the axial stress of concrete and hoop stress of steel tube in H-CFT stub columns are decreased with the increase of hollow ratio. AfteGr the yield of steel, the reduction rate of longitudinal stress and the increase rate of circumferential stress for the steel tube slowed down. The confinement effect from steel tube on concrete also weakened slowly with the increase of hollow ratio. Based on the limit equilibrium method, a simplified formula of ultimate bearing capacity for the axially loaded H-CFT stub columns was proposed. The predicted results showed satisfactory agreement with the experimental and numerical results.
This paper conducted both numerical and theoretical studies to investigate the composite action of notched circular concrete-filled steel tubular (CFT) stub columns under axial compression and established a theoretical method to predict their ultimate bearing capacity. 3D finite element (FE) analysis was conducted to simulate the composite action and the results were in good agreement with experimental results on circular CFT stub columns with differently oriented notches in steel tubes. Parametric study was conducted to understand the effects of different parameters on the mechanical behavior of circular CFT stub columns and also the composite action between the steel tube and the core concrete. Based on the results, a theoretical formula was proposed to calculate the ultimate bearing capacity of notched CFT stub columns under compression with consideration of the composite action between the steel tube and the core concrete.
Applying the method calculating creep of Concrete Filled steel Tube (CFT) members based on the Elastic Continuation and Plastic Flow theory for concrete creep with the finite element method, the paper develops a new numerical method for the creep of CFT arch bridges considering effects of bending moment. It is shown that the method is feasible and reasonable through comparing the predicted stresses and deflection caused by the creep with the results obtained by the method of Gu et al. (2001) based on ACI209R model and experimental data of an actual CFT arch bridge. Furthermore, nine CFT arch bridges with different types are calculated and analyzed with and without the effects of bending moment. As a result, the bending moment has considerable influences on long-term deformations and internal forces of CFT arch bridges, especially when the section of arch rib is subjected to a large bending moment.
Internally Confined Hollow-Concrete Filled Tube(ICH-CFT) column which has two tubes on both side of concrete, inner tube and outer tube perform great seismic abilities, ductility and absorption of energy, by the tubes and the hollow part. So this study does qualitative analysis about seismic capacities depending on parameters - diameter of column, hollow ratio, thickness of tubes - by moment-curvature analysis.
Internally Confined Hollow-Concrete Filled Tube(ICH-CFT) column which has two tubes on both side of concrete, inner tube and outer tube perform great seismic abilities, ductility and absorption of energy, by the tubes and the hollow pmt. So this study does qualitative analysis about seismic capacities depending on parameters diameter of column, hollow ratio, thickness of tubes - by moment-curvature analysis.
콘크리트 충전 강관에 대한 기존의 연구는 단일 압축상태, 휨모멘트 상태, 편심 압축력 상태의 연구만이 행해 졌을 뿐 압축력과 비틀림이 조합된 응력 상태에 대한 연구는 거의 이루어지지 않고 있다. 따라서 본 연구에서는 압축력과 비틀림을 받는 원형 CFT 부재의 거동에 대한 특성을 살펴보고 합리적인 해석법을 연구하였다. 원형 CFT부재가 압축력과 비틀림을 받을 경우의 압축 강도와 비틀림 강도를 결정하는데 중요 요소인 구속효과와 부착 응력에 의한 스파이럴 효과를 본 모델에 고려하였다. 이를 위하여 단일 압축응력을 받을 경우 원형 강관에 의해 구속된 콘크리트 코어에 대한 연구가 선행되었다. 또한 비틀림을 받을 경우는 비틀림에 의한 크랙이 콘크리트의 표면을 따라 발생하게 된다. 크랙 발생이후 비틀림을 계속 받게 되면 크랙은 나선형태로 진전되어 콘크리트가 솟아 나오려 하나 강관과 콘크리트 사이의 부착 응력에 의해 억제 되게 된다. 이러한 이유 때문에 코어 콘크리트는 압축응력을 받게 되고 강관만 인장응력을 받게 되는데 이러한 영향 효과를 실제적으로 고려하였다. 연구 결과는 기존의 실험결과와 비교하였으며 제안된 이론은 압축력과 비틀림을 받는 원형 CFT부재의 실제 거동을 합리적으로 설명하고 있다.
Recently, it increases in use of CFT(Concrete filled steel tube, below CFT) because material and method are required to be diversification and High-Performance according to increase the super-high structure. But, CFT column lose bearing capacity under fire because steel tube is exposed to outside. As a result, structure is collapsed and then it cause much damage. In case of the Europe, Japan and America, they have studied the fire-resistance performance of CFT under fire for a long time. However, it would have hardly studied it in domestic because it is much difficulty about experiment machine and cost. So it is needed base on fire-resist performance of CFT under fire. Therefore, this study dynamic specificity of stub column which made tester of stub column based on facts of strength and mixing fiber evaluated used heating and load testing machine. As a result, it is willing to propose fundamental data for quick and accurate diagnosis of deteriorated concrete structure by fire damage with experiment according to the design high strength concrete.
Recently, CFT column has been well-studied and reported on, because a CFT column has certain superior structural properties as well as good productivity, execution efficiency, and improved rigidity over existing columns. However, CFT column still has problems clearing the capacity evaluation between its steel tube member and high-strength concrete materials. Also, research on concrete has examined numerical values for high-strength concrete filled steel square tube columns (HCFT) to explain transformation performance (M-${\phi}$) when a short-column receives equal flexure-moment from axial stress. Moment-curvature formulas are proposed for HCFT columns based on analytic assumption described in this paper. This study investigated structural properties (capacity, curvature), through a series of experiments for HCFT with key parameters, such as strength of concrete mixed design (58.8 MPa), width-thickness ratio (D/t), buckling length to sectional width ratio (Lk/D) and concrete types (Zeolite, Fly-ash, Silica-fume) under eccentric loads. A comparative analysis executed for the AISC-LRFD, AIJ and Takanori Sato, etc. Design formulas to estimate the axial load (N)-moment (M)-curvature (${\phi}$) are proposed for HCFT columns based on tests results described in this paper.
콘크리트의 구속효과 및 재료 비선형성, 강재의 변형 경화, 초기작용 축력을 고려하여 원형 콘크리트 충전 강관(Concrete Filled Steel Tube : CFT) 기둥의 해석을 위한 프로그램을 작성하고 검증 및 해석을 수행하였다. 축력-모멘트 상관관계 해석, 모멘트-곡률 해석, 모멘트-횡변위에 대한 해석을 수행하고, 선행연구자의 실험결과와 비교하여 검증하였다. 검증결과, 작성된 프로그램은 실제 CFT 기둥의 거동에 근접하였으며, 콘크리트의 구속효과를 고려한 경우 그렇지 않은 경우보다 더 큰 강도와 연성능력을 나타내었다. 콘크리트의 강도와 강관의 두께 변화에 따른 간단한 매개변수 해석을 수행하였으며, 콘크리트의 강도 증가 시 CFT 기둥의 강도는 증가하나 연성은 저하되는 결과를 보여주었다. 반면에 강관 두께를 증가시키는 경우에는, CFT 기둥의 강도와 연성 모두 증가하는 결과를 보여주었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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