The behaviour of hollow structural steel (HSS) stub columns and beams filled with normal concrete and recycled aggregate concrete (RAC) under instantaneous loading was investigated experimentally. A total of 40 specimens, including 30 stub columns and 10 beams, were tested. The main parameters varied in the tests were: (1) recycled coarse aggregate (RCA) replacement ratio, from 0 to 50%, (2) sectional type, circular and square. The main objectives of these tests were threefold: first, to describe a series of tests on new composite columns; second, to analyze the influence of RCA replacement ratio on the compressive and flexural behaviour of recycled aggregate concrete filled steel tubes (RACFST), and finally, to compare the accuracy of the predicted ultimate strength, bending moment capacity and flexural stiffness of the composite specimens by using the recommendations of ACI318-99 (1999), AIJ (1997), AISC-LRFD (1999), BS5400 (1979), DBJ13-51-2003 (2003) and EC4 (1994).
Lee, Jeonghwa;Byun, Namju;Kang, Young Jong;Won, Deok Hee;Kim, Seungjun
Steel and Composite Structures
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v.43
no.4
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pp.431-445
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2022
A double-skinned composite tubular (DSCT) column, which is an internally confined concrete-filled tubular column with a hollow section, has been developed for efficient use of materials that reduce self-weight and enhance seismic performance. It exhibits excellent material behavior with ductility owing to the confinement induced by outer and inner steel tubes. This study conducted axial compression tests considering the effects of steel tube thickness and hollow diameter ratios of DSCT columns on the material behavior of confined concrete under pure axial compression on concrete cores. From the axial compression tests, various combinations of outer and inner tube thicknesses and two different hollow section ratios were considered. Additionally, confined concrete material behavior, axial strength, failure modes, and ductility of DSCT columns were evaluated. Based on this study, it was concluded that the tests show a good correlation with peak strength and shapes of nonlinear stress-strain curves presented in literature; however, the thinner outer and inner steel tubes may reduce the ductility of DSCT columns when using thinner outer and inner tubes and higher confined stress levels. Finally, the minimum thickness requirements of the steel tubes for DSCT columns were discussed in terms of strength and ductility of test specimens.
Steel-concrete composite slabs represent a very efficient floor solution combining the key performance of two different materials: the steel and the concrete. Composite slab response is governed by the degree of the interaction between these two materials, mainly depending by chemical and mechanical bond. The latter is characterized by a limited degree of confinement if compared with the one of the rebars in reinforced concrete members while the former is remarkably influenced by the type of concrete and the roughness of the profiled surface, frequently lubricated during the cold-forming manufacturing processes. Indeed, owing to the impossibility to guarantee a full interaction between the two materials, a key parameter governing slab design is represented by the horizontal shear-bond strength, which should be always experimentally estimated. According to EC4, the design of the slab bending resistance, is based on the simplified assumption that the decking sheet is totally yielded, i.e., always in plastic range, despite experimental and numerical researches demonstrate that a large part of the steel deck resists in elastic range when longitudinal shear collapse is achieved. In the paper, the limit strain for composite slab, which corresponds to the slip, i.e., the debonding between the two materials, has been appraised by means of a refined numerical method used for the simulation of experimental results obtained on 8 different composite slab types. In total, 71 specimens have been considered, differing for the properties of the materials, cross-section of the trapezoidal profiled metal sheets and specimen lengths.
Even though Korean peninsula is located in regions of moderate seismic risks, current seismic design provisions of the roadway bridge design code have adopted the AASHTO code which is based on the requirements for high seismic regions. The objective of this research is to investigate the seismic performance of circular reinforced concrete (RC) bridge piers with limited ductility, which may be desirable in low or moderate seismic regions, such as in Korea. Four test specimens were designed and constructed. The reference specimen was designed with longitudinal steel ratio as 1.01% and the confinement reinforcement ratio as 0.13% without considering earthquake, and three other test specimens were designed in accordance with a limited-ductility concept as 0.3% for the confinement steel ratio. This confinement ratio is 0.32 times of minimum lateral reinforcement specified in current seismic design provisions, and 2.3 times of lateral reinforcement required in nonseismic design provisions. The pseudo-dynamic test was carried out to evaluate the seismic performance of full-scale specimens in size of 1.2m diameter and 4.8m height. Judging from the experiment, the reference specimen was not satisfactory for the demand displacement ductility ${\mu}$=5.0, but three limited-ductility specimens appeared to have the displacement ductility of more than 5.
Twenty-two corrosion-damaged columns were simulated through accelerated steel corrosion tests. Eight specimens were directly tested to failure under axial load, and the remaining specimens were tested after concrete-filled steel tube (CFST) strengthening. This study aimed to investigate the damage of RC columns after corrosion and their restoration and enhancement after strengthening. The research parameters included different corrosion degrees of RC columns, diameter-to-thickness ratio of steel tube and the strengthening concrete strength. Experimental results showed that CFST strengthening method could change the failure mode of corrosion-damaged RC columns from brittleness to ductility. In addition to the bearing capacity provided by the strengthening materials, it can also provide an extra 26.7% amplification because of the effective confinement provided by steel tubes. The influence of corrosion on reinforcement and concrete was quantitatively analysed and considered in the design formula. The proposed formula accurately predicted the bearing capacity of the strengthened columns with a maximum error of only 7.68%.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2004.04a
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pp.479-486
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2004
The purpose of this study is to practical use with increase safety, usablility and economical. In this study, the property of fatigue behavior was tested by comparing reinforced concrete and steel fiber reinforced concrete. The basic test, the static test and fatigue test were used as the research methods. Basic on the test, the material compressive strength test and split tensile strength test ware conducted 7 days and 28 days after the concrete was poured. In the static test, there ware four types of experimental variables of the steel fiber mixing ratio : 0.00%, 0.75%, 1.00%, and 1.25%. The ultimate load initial diagonal tension crack, and initial load of flexural cracking were all observed by static test. A methodology for the probabilistic assement of steel fiber reinforced concrete(SFRC) which takes into account material variability, confinement model uncertainty and the uncertainty in local and globa failure criteria is applied for the derivation of vulnerability curves for the serviceability and ultimate limit states, the reliability of SFRC using the proposed practical linear limit state model is evaluated by using the AFOSM(Advanced First Order Second Moment) method and MCS(monte-Calrosimulation) method.
This paper presents a combined experimental, numerical, and analytical study on elliptical concrete-filled steel tubular (E-CFT) and rebar-stiffened elliptical concrete-filled steel tubular (RE-CFT) subjected to axial loading. ABAQUS was used to establish 3D finite element (FE) models for the composite columns and the FE results agreed well with the experimental results. It was found that the ultimate load-bearing capacity of RE-CFT stub columns was 20% higher than that of the E-CFT stub columns. Such improvement was attributed to the reinforcement effects from the internal rebar-stiffeners, which effectively enhanced the confinement effect on the core concrete, thereby significantly improved both the ultimate bearing capacity and the ductility of the E-CFT columns. Based on the results, equations were also established in this paper to predict the bearing capacities of E-CFT and RE-CFT stub columns under axial loading. The predicted results agreed well with both experimental and numerical results, and had much higher accuracy than other available methods.
This paper presents an experimental and analytical study on the behavior of concrete-filled tubular stub columns concentrically loaded in compression to fail. Total eleven specimens were tested and test parameters are the depth-to-thickness ratios of steel tube and the ratio of concrete cylinder strength-to-yield stress of steel tube. Depth-to-thickness ratios of steel tube between 20.22
The objective of this paper is to investigate the mechanical performances of polygonal concrete-filled circular steel tubular (CFT) stub columns under axial loading through combined experimental and numerical study. A total of 32 specimens were designed to investigate the effect of the concrete strength and steel ratio on the compressive behavior of polygonal CFT stub columns. The ultimate bearing capacity, ductility and confinement effect were analyzed based on the experimental results and the failure modes were discussed in detail. Besides, ABAQUS was adopted to establish the three dimensional FE model. The composite action between the core concrete and steel tube was further discussed and clarified. It was found that the behavior of CFT stub column changes with the change of the cross-section, and the change is continuous. Finally, based on both experimental and numerical results, a unified formula was developed to estimate the ultimate bearing capacity of polygonal CFT stub columns according to the superposition principle with rational simplification. The predicted results showed satisfactory agreement with both experimental and FE results.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.11a
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pp.145-148
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2008
AISC-LRFD, ACI 318 and Korean design specifications for concrete filled rectangular steel tube columns do not consider the increasing of axial stiffness such as the elastic modulus and the yield strength due to the confinement effect. AISC-LRFD and ACI 318, however, shows different basic philosophy and equations for computing the elastic modulus and the strength of CFT columns. Through this experimental study, nine rectangular CFT column specimens were made by varying thickness steel tube and concrete strength, the axial stiffness were compared. The comparison between the design specifications and the test results shows different values on the yield strength of the CFT columns. Even though, yield strength of the CFT columns are very similar between AISC-LRFD and Korean design specifications.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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