This study reports the results of a series of tests of pultruded glass fiber reinforced polymer (P-GFRP) box section composite profile columns, geometrically similar with/without concrete core, containing 0-1-2-3% steel fiber, with different lengths. The recycled steel wires were obtained from waste tyres. The effects of steel fiber ratio on the collapse and size effect of concrete filled P-GFRP columns under axial pressure were investigated experimentally and analytically. A total of 36 columns were tested under compression. The presence of pultruded profile and steel wire ratio were selected as the primary variable. The capacity of pultruded profiles with infilled concrete are averagely 9.3 times higher than the capacity of concrete without pultruded profile. The capacity of pultruded profiles with infilled concrete are averagely 34% higher than that of the pultruded profiles without infilled concrete. The effects of steel wire ratio are more pronounced in slender columns which exhibit buckling behavior. Moreover, the proposed analytical approach to calculate the capacity of P-GFRP columns successfully predicted the experimental findings in terms of both pure axial and buckling capacity.
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.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.29
no.5A
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pp.519-529
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2009
Fiber reinforced composite materials have various advantages in mechanical and chemical aspects. Not only high fatigue and chemical resistance, but also high specific strength and stiffness are attained, and therefore, damping characteristics are beneficial to marine piles. Since piles used for marine structures are subjected to compression and bending as well, detailed research is necessary. Current study examine the mechanical behavior under flexural and/or compressive loads using concrete filled fiber reinforced plastic composite piles, which include large size diameter. 25 pile specimens which have various size of diameters and lengths were fabricated using hand lay-up or filament winding method to see the effect of fabrication method. The inner diameters of test specimens ranged from 165 mm to 600 mm, and the lengths of test specimens ranged from 1,350 mm to 8,000 mm. The strengths of the fill-in concrete were 27 and 40 MPa. Fiber volumes used in circumferential and axial directions are varied in order to see the difference. For some tubes, spiral inner grooves were fabricated to reduce shear deformation between concrete and tube. It was observed that the piles made using filament winding method showed higher flexural stiffness than those made using hand lay-up. The flexural stiffness of piles decreases from the early loading stage, and this phenomenon does not disappear even when the inner spiral grooves were introduced. It means that the relative shear deformation between the concrete and tube wasn't able to be removed.
This paper presents the experiment results for a CFT column confined by carbon fiber sheets(CFSs) under an axial load. Nine specimens were constructed and axial compression tests were conducted. The main experiment parameters were diameter-thickness ratio(D/t), reinforcing CFSa, and the attachment of a cushion gap between surface of steel tube and CFSs. The load-displacement curves of the specimens were obtained from the compression tests. Finally, it was concluded that the CFT column with a gap had grater ductility capacity improvement that the CFT column confined by CFSs.
Park, Jai Woo;Hong, Young Kyun;Hong, Gi Soup;Lee, Seoung Hee;Choi, Sung Mo
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.21
no.3
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pp.311-320
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2009
This paper presents the experimental results of an experiment on the current rectangular CFT columns and rectangular CFT columns additionally confined by carbon fiber sheets(CFS) under axial loading. The main experimental parameters were the layer numbers of the CFS and the depth-to-thickness ratio. Nine specimens were prepared according to the experimental parameter plans, and axial compression tests were conducted. From the tests, the failure procedure, the load-axial deformation curve, the maximum axial strength, and the deformation capacity of the CFT columns and the confined CFT columns were compared. Finally, it was seen that the maximum axial strengths of the CFT increased more significantly than that of the current CFT columns because of delayed local buckling.
This paper presents the flexural behaviour of stainless steel beam-to-tubular column joints with extended endplates subjected to static loading. Moment-rotation relationships were investigated numerically by using Abaqus software with geometric and material nonlinearity considered. The prediction of damages among components was achieved through ductile damage models, and the influence of initial geometric imperfections and residual stresses was evaluated in large fabricated stainless steel joints involving hollow columns and concrete-filled columns. Parametric analysis was subsequently conducted to assess critical factors that could affect the flexural performance significantly in terms of the initial stiffness and moment resistance. A comparison between codes of practice and numerical results was thereafter made, and design recommendations were proposed for further applications. Results suggest that the finite element model can predict the structural behaviour reasonably well with the component damage consistent with test outcomes. Initial geometric imperfections and residual stresses are shown to have little effect on the moment-rotation responses. A series of parameters that can influence the joint behaviour remarkably include the strain-hardening exponents, stainless steel strength, diameter of bolts, thickness of endplates, position of bolts, section of beams and columns. AS/NZS 2327 is more reliable to predict the joint performance regarding the initial stiffness and moment capacity compared to EN 1993-1-8.
This paper numerically investigated the behavior of built-up square concrete-filled steel tubular (CFST) columns under combined preload and axial compression. The finite element (FE) models of target columns were verified in terms of failure mode, axial load-deformation curve and ultimate strength. A full-range analysis on the axial load-deformation response as well as the interaction behavior was conducted to reveal the composite mechanism. The parametric study was performed to investigate the influences of material strengths and geometric sizes. Subsequently, influence of construction preload on the full-range behavior and confinement effect was investigated. Numerical results indicate that the axial load-deformation curve can be divided into four working stages where the contact pressure of curling rib arc gradually disappears as the steel tube buckles; increasing width-to-thickness (B/t) ratio can enhance the strength enhancement index (e.g., an increment of 1.88% from B/t=40 to B/t=100), though ultimate strength and ductility are decreased; stiffener length and lip inclination angle display a slight influence on strength enhancement index and ductility; construction preload can degrade the plastic deformation capacity and postpone the origin appearance of contact pressure, thus making a decrease of 14.81%~27.23% in ductility. Finally, a revised equation for determining strain εscy corresponding to ultimate strength was proposed to evaluate the plastic deformation capacity of built-up square CFST columns.
Shear walls are one of the important structural elements for bearing loads imposed on buildings due to winds and earthquakes. Composite shear walls with high lateral resistance, and high energy dissipation capacity are considered as a lateral load system in such buildings. In this paper, a composite shear wall consisting of steel faceplates, infill concrete and tie bars which tied steel faceplates together, and concrete filled steel tubular (CFST) as boundary columns, was modeled numerically. Test results were compared with the existing experimental results in order to validate the proposed numerical model. Then, the effects of some parameters on the behavior of the composite shear wall were studied; so, the diameter and spacing of tie bars, thickness and compressive strength of infill concrete, thickness of steel faceplates, and the effect of strengthening the bottom region of the wall were considered. The seismic behavior of the modeled composite shear wall was evaluated in terms of stiffness, ductility, lateral strength, and energy dissipation capacity. The results of the study showed that the diameter of tie bars had a trivial effect on the performance of the composite shear wall, but increasing the tie bars spacing decreased ductility. Studying the effect of infill concrete thickness, concrete compressive strength, and thickness of steel faceplates also showed that the main role of infill concrete was to prevent buckling of steel faceplates. Also, by strengthening the bottom region of the wall, as long as the strengthened part did not provide a support performance for the upper part, the behavior of the composite shear wall was improved; otherwise, ductility of the wall could be reduced severely.
The hollow modular concrete block reinforced foundation method is one of the ground reinforcement foundation methods that uses hexagonal honeycomb-shaped concrete blocks with mixed crushed rock to reinforce soft grounds. It then forms an artificial layered ground that increases bearing capacity and reduces settlement. The hollow modular honeycomb-shaped concrete block is a geometrically economical, stable structure that distributes forces in a balanced way. However, the behavioral characteristics of hollow modular concrete block reinforced foundations are not yet fully understood. In this study, a bearing capacity test is performed to analyze the reinforcement effectiveness of the hollow modular concrete block through the laboratory model tests. From the load-settlement curve, punching shear failure occurs under the unfilled sand condition (A-1-N). However, the filled sand condition (A-1-F) shows a linear curve without yielding, confirming the reinforcement effect is three times higher than that of unreinforced ground. The bearing capacity equation is proposed for the parts that have contact pressure under concrete, vertical stress of hollow blocks, and the inner skin friction force from horizontal stress by confining effect based on the schematic diagram of confining effect inside a hollow modular concrete block. As a result of calculating the bearing capacity, the percentage of load distribution for contact force on the area of concrete is about 65%, vertical force on the area of hollow is 16.5% and inner skin friction force of area of the inner wall is about 18.5%. When the surcharge load is applied to the concrete part, the vertical stress occurs on the area of the hollow part by confining effect first. Then, in the filled sand in the hollow where the horizontal direction is constrained, the inner skin friction force occurs by the horizontal stress on the inner wall of the hollow modular concrete block. The inner skin friction force suppresses the punching of the concrete part and reduces contact pressure.
The weld quality has always been an important factor affecting the development of exposed CFT column-base joint. In this paper, a new type of exposed RCFST column-base joint is proposed, in which the high strength steel bars (USD 685) are set through the column and reinforced concrete foundation without any base plate and anchor bolts. Three specimens, the varying axial force ratio (0, 0.25 and 0.5), were tested under cyclic loadings. In addition, the bending moment capacity, energy dissipation capacity and deformation capacity of column-base joints were clarified. The experimental results indicated that the axial force ratio increases the stiffness and the bending moment and improves the energy dissipation capacity of column-base joints. This is because a large axial force can limit the slip between steel tubular and infilled concrete effectively. The specimens show stable hysteresis behavior.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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