A new form of construction utilizing structural steel as the boundary elements in ductile flexural concrete walls is proposed to solve the bar congestion problems in such a heavily reinforced region, while maintaining the ductility and energy absorption capacity comparable to their traditional form. Two wall specimens containing rectangular hollow structural sections (HSS) and channels at their ends respectively, and one companion standard reinforced concrete wall specimen with concentrated end reinforcement were constructed and tested under reversed cyclic loading to evaluate the construction process as well as the structural performance. Initially, all three specimens were chosen and detailed with some caution to have approximately the same flexural capacity without change of the original shape and dimension of a rectangular cross section correction. Analysis and comparison of test results indicated that the reversed cyclic responses of three walls showed similar hysteretic properties, but in those with steel boundaries, local buckling of the corresponding steel webs and flanges following significant yielding was a dominant factor to determine the hysteretic response. The monotonic and cyclic responses predicted based on a sectional approach was also presented and found to be in good agreement with measured results. Design recommendations considering local instability of the structural steel elements and the interaction between steel chords and a concrete web member in such a composite wall are presented.
A new type of moment-resisting bolted connection was developed for use in composite steel- concrete construction to connect composite open section steel beams to concrete filled steel square tubular columns. The connection was made possible using anchored blind bolts along with two through bolts. It was designed to act compositely with the in-situ reinforced concrete slab to achieve an enhanced stiffness and strength. The developed connection was incorporated in the design of a medium rise (five storey) commercial building which was located in low to medium seismicity regions. The lateral load resisting system for the design building consisted of moment resisting frames in two directions. A major full scale test on a sub-assembly of a perimeter moment-resisting frame of the model building was conducted to study the system behaviour incorporating the proposed connection. The behaviour of the proposed connection and its interaction with the floor slab under cyclic loading representing the earthquake events with return periods of 500 years and 2500 years was investigated. The proposed connection was categorized as semi rigid for unbraced frames based on the classification method presented in Eurocode 3. Furthermore, the proposed connection, composite with the floor slab, successfully provided adequate lateral load resistance for the model building.
The construction of a moment connection for a rectangular hollow section (RHS) column and a H-shaped beam is difficult because the RHS is a closed section. When a inner diaphragm is used for such a connection, in general, it is installed after cutting the HSS columns, which results in increased construction work. This paper suggests a new fabrication method to overcome such problems: An inner diaphragm is welded to inside a C-shaped section first, and then a column is fabricated by welding two C-shaped sections. This fabrication method is superior to a classic method in terms of constructibility. An experimental and a numerical study using Ansys 9.0 were performed in order to compare the strength of connections with respect to the presence of concrete, the corner shape of diaphragm, and the axis of loading. The experimental results including initial stiffness and ultimate loads are reported and the analytical results including load transfer mechanism, degree of stress concentration, and strain distribution are also reported.
Concrete filled steel tube column has a large load carrying capacity through its steel and concrete interaction which makes it useful in construction. However, it has not been used often in a practical construction field. This is partly due to the non-destructive inspection method for concrete filling which has yet to be established. Furthermore, there are the lack of test data and a practical method in evaluating the ultimate load carrying capacity of concrete filled steel tube column. This paper will attempt to predict the ultimate strength of short concrete filled square tubular steel columns through conducting several tests. To accumulate the new test data on concrete filled steel tube columns, a total of 42 specimens of steel tubular columns were monotonically tested under concentric axial force, having the slenderness ratio(${\lambda}=10,\;15,\;20$), width-thickness ratio(d/t=25.0, 33.3) and concrete strengths($F_{c}=210,\;240,\;270kg/cm^{2}$). The hollow sections and concrete filled steel columns were compared to check the lateral confinded effects by steel tube. Through these test results, we propose a coefficient k=3.64 for the strength evaluation formula(10) of concrte filled tubular steel short columns.
The kapok fibers which are the functional fiber materials having natural hollows are environment friendly materials the demand and interest of which are increasing. The kapok fibers are environment friendly and natural hollow fibers which are 5-8 times lighter than cottons and have excellent performances in thermo keeping property, air permeability, bulkiness and resilience. In this study, the pretreatment according to the dyeing behaviors of kapok fibers were studied. Pretreatment(scouring, bleaching) were a variety of conditions. Scouring and bleaching, images of changed surfaces and cross-sections and dyeing behaviors of the dye-o-meter according to the concentration measured in meters and compared. Although the final exhaustion ratio of the kapok fibers scoured with a high concentration recipe was almost as same as that of the kapok fibers bleached with a high concentration recipe, the initial absorption speed of the kapok fibers scoured with the high concentration recipe was faster than that of the kapok fibers bleached with the high concentration recipe.
The objective of this research is to investigate the mechanical characteristics of the hybrid fiber reinforced composite rebar, which is manufactured from a braidtrusion process. Braidtrusion is a direct composite fabrication technique, utilizing in-line brading and the pultrusion process. hz order to obtain the mechanical behavior of the glass fiber, carbon fiber, and kevlar fiber, the tensile tests are carried out. The results of the fibers are compared with that of steel. Hybrid rebar specimens with various diameters, ranging from model size (3 mm) to full-scale size (9.5 mm), and various cross sections, such as solid and hollow shape, have been manufactured from the braidtrusion process. The tensile and bending tests for the case of the hybrid rebar, the conventional GFRP rebar, and the steel bar have been carried out. The results of the experiments show that the hybrid rebar is superior to the conventional GFRP rebar and the steel bar, from the viewpoint of tensile and bending characteristics.
Condenser tube which is used for a cooling system of automobiles is mainly manufactured by conform extrusion. However, direct extrusion using porthole die in comparison with conform extrusion has many advantages such as improvement of productivity, reduction of production cost etc. In general, the porthole die extrusion process is useful for manufacturing long tubes with hollow sections and consists of three stages(dividing, welding and forming stages). Especially, Porthole die for producing condenser tube is very complex. Thus, in order to obtain the detailed mechanics, to assist in the design of proper die shapes and sizes, and to improve the quality of products, porthole die extrusion should be analyzed in as non-steady state as possible. This paper describes FE analysis of non-steady state porthole die extrusion for producing condenser tube with multi-hole through 3D simulation in the non-steady state during the entire process to evaluate detailed metal flow, temperature distribution, welding pressure and extrusion load. Also to validate FE simulation of porthole die extrusion, a comparison of simulation and experiment results was presented in this paper.
Lopez-Colina, Carlos;Serrano, Miguel A.;Lozano, Miguel;Gayarre, Fernando L.;Suarez, Jesus M.;Wilkinson, Tim
Steel and Composite Structures
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제32권3호
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pp.337-346
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2019
The present paper tries to contribute fill the gap of application of the component method to tubular connections. For this purpose, one typical joint configuration in which just one component can be considered as active has been studied. These joints were selected as symmetrically loaded welded connections in which the beam width was the same as the column width. This focused the study on the component 'side walls of rectangular hollow sections (RHS) in tension/compression'. It should be one of the main components to be considered in welded unstiffened joints between I beams and RHS columns. Many experimental tests on double-sided I-beam-to-RHS-column joint with a width ratio 1 have been carried out by the authors and a finite element (FE) model was validated with their results. Then, some different analytical approaches for the component stiffness and strength have been assessed. Finally, the stiffness proposals have been compared with some FE simulations on I-beam-to-RHS-column joints. This work finally proposes the most adequate equations that were found for the stiffness and strength characterization of the component 'side walls of RHS in tension/compression' to be applied in a further unified global proposal for the application of the component method to RHS.
Ali Saribiyik;Ozlem Ozturk;Ferhat Aydin;Yasin Onuralp Ozkilic;Emrah Madenci
Steel and Composite Structures
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제50권4호
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pp.475-487
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2024
The usage of fiber-reinforced polymer materials increases in the construction sector due to their advantages in terms of high mechanical strength, lightness, corrosion resistance, low density and high strength/density ratio, low maintenance and painting needs, and high workability. In this study, it is aimed to improve mechanical properties of GFRP box profiles, produced by pultrusion method, by filling the polymer concrete into them. Within the scope of study, hybrid use of polymer concrete produced with GFRP box profiles was investigated. Hybrid pressure and bending specimens were produced by filling polymer concrete (polyester resin manufactured with natural sand and stone chips) into GFRP box profiles having different cross-sections and dimensions. Behavior of the produced hybrid members was investigated under bending and compression tests. Hollow GFRPxx profiles, polymer-filled hybrid members, and nominative polymeric concrete specimens were tested as well. The behavior of the specimens under pressure and bending tests, and their load bearing capacities, deformations and changes in toughness were observed. According to the test results; It was deduced that hybrid design has many advantages over its component materials as well as superior physical and mechanical properties.
본 연구는 PHC말뚝의 단점인 전단력을 보강한 기능성말뚝을 개발하여 보다 경제적이고 합리적인 말뚝의 현장 적용에 기여하고자 하였다. 본 연구를 통해 개발된 CFP말뚝은 링형 합성 전단연결재를 배치하고 PHC말뚝 중공부에 콘크리트를 속채움함으로써 말뚝의 전단성능을 증대시키고, PHC말뚝 내 보강철근(H13-8ea)과 말뚝 중공부의 보강철근(H19-8ea)을 배치하여 횡보강철근비 증대에 따른 전단강도를 향상시켰다. 또한, 속채움 콘크리트와 PHC말뚝의 합성거동을 위해 말뚝 보강철근의 정착 홀이 형성된 합성 전단연결재를 배치하여 보강철근의 다월력을 말뚝의 전단강도 증진에 효과적으로 반영시켰다. CFP말뚝의 전단설계와 성능을 검증하고자 도로교설계기준의 한계상태설계법(2012)을 적용한 전단강도를 산출하였고, 말뚝 시험규정인 KS F 4306에서 제시한 실험방법을 통해 결과값을 비교 검토하였다. CFP말뚝의 단면별 설계전단강도와 실험결과 각 시험체는 설계전단강도 대비 평균 2.20, 2.15, 2.05의 안전율을 확보하는 것으로 나타나 효과적인 전단강도 예측이 가능할 것으로 생각된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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