Zhou, Xu-Hong;Li, Bin-Yang;Gan, Dan;Liu, Jie-Peng;Chen, Y. Frank
Steel and Composite Structures
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v.23
no.4
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pp.453-464
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2017
The square tubed-reinforced concrete (TRC) column is a kind of special concrete-filled steel tube (CFST) columns, in which the outer thin-walled steel tube does not pass through the beam-column joint, so that the longitudinal steel reinforcing bars in the RC beam are continuous through the connection zone. However, there is a possible decrease of the axial bearing capacity at the TRC column to RC beam connection due to the discontinuity of the column tube, which is a concern to engineers. 24 connections and 7 square TRC columns were tested under axial compression. The primary parameters considered in the tests are: (1) connection location (corner, exterior and interior); (2) dimensions of RC beam cross section; (3) RC beam type (with or without horizontal haunches); (4) tube type (with or without stiffening ribs). The test results show that all specimens have relatively high load-carrying capacity and satisfactory ductility. With a proper design, the connections exhibit higher axial resistance and better ductility performance than the TRC column. The feasibility of this type of connections is verified.
In recent years, concrete-filled box or tubular columns have been commonly used in high-rise buildings. However, a number of fire test results show that there are significant differences between high strength concrete (HSC) and normal strength concrete (NSC) after being subjected to high temperatures. Therefore, this paper presents an investigation on the fire resistance of HSC filled steel tubular columns (CFTCs) under combined temperature and loading. Two groups of full-size specimens were fabricated to consider the effect of type of concrete infilling (plain and reinforced) and the load level on the fire resistance of CFTCs. Prior to fire test, a constant compressive load (i.e., load level for fire design) was applied to the column specimens. Thermal load was then applied on the column specimens in form of ISO 834 standard fire curve in a large-scale laboratory furnace until the set experiment termination condition was reached. The results demonstrate that the higher the axial load level, the worse the fire resistance. Moreover, in the bar-reinforced concrete-filled steel tubular columns, the presence of rebars not only decreased the spread of cracks and the sudden loss of strength, but also contributed to the load-carrying capacity of the concrete core.
We could say that the concrete filled steel tube structure is superior in the vlew of various
structure properties as to promote improvement of structural capacity to dtmonstrate heterogeneous material properties interdependently.
The compressive strength is increased by putting to tri axial stress because lateral expansion
of concrete 1s confined by the steel tube, when concrete conflned by steel tube fall under centric
axial load. Also, it have an advantage that decreasr of load carrying capacity 1s small, not
occuring section deficiency due to protect falling piienornonon by co~nprrssion fallurc of concrete.
So this study investigated for structural behaviors yroprrtiex of concwir. confined by steel
tube throughout a series of experlmerit with kcy parxncter, such as diameter-to-thickness(D / t)
ratio, strength of concrete as a study on properties of structural behaviors of confined concrete
confined by circular steel tube( tri axial stress). Frorn the expcrment results, the obtained
results, are surnrnarised as foliow.
(1) The restraint effect of concrete by steel tube was presented significantly as the D /t ratio
of steel tube and the strength of filled concrete decrease, and the confined concrete by circular
steel tube was increased respectively twice as much as 4-7 in deformation capacity at the ultimate
strength ,compared with those of non-confined concrete, so expected to increase flexible
effect of concrete.
(2) The emprical formula to predict the ultimate capacity of confined concrete by steel tube
and concrete filled steel tube column using restraint coefficient of concrete were proposed.
The seismic performance of the ordinary steel reinforced concrete (SRC) columns has no significant improvement compared to the reinforced concrete (RC) columns mainly because I, H or core cross-shaped steel cannot provide sufficient confinement for core concrete. Two improved SRC columns by constructing with new-type shaped steel were put forward on this background, and they were named as enlarging cross-shaped steel and diagonal cross-shaped steel for short. The seismic behavior and carrying capacity of new-type SRC columns have been researched theoretically and experimentally, while the shear behavior remains unclear when the new-type columns are joined onto SRC beams. This paper presents an experimental study to investigate the shear capacity of new-type SRC joints. For this purpose, four new-type and one ordinary SRC joints under low reversed cyclic loading were tested, and the failure patterns, load-displacement hysteretic curves, joint shear deformation and steel strain were also observed. The ultimate shear force of joint specimens was calculated according to the beam-end counterforce, and effects of steel shape, load angel and structural measures on shear capacity of joints were analyzed. The test results indicate that: (1) the new-type SRC joints display shear failure pattern and has higher shear capacity than the ordinary one; (2) the oblique specimens have good bearing capacity if designed reasonably; and (3) the two proposed construction measures have little effect on the shear capacity of SRC joints embedded with diagonal cross-shaped steel. Based on the mechanism observed from the test, the formulas for calculating ultimate shear capacity considering the main factors (steel web, stirrup and axial compression ratio) were derived, and the calculated results agreed well with the experimental and simulated data.
Park, Jung Min;Kim, Wha Jung;Moon, Tae Sup;Kim, Kyu Suk
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.8
no.4
s.29
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pp.85-94
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1996
This paper investigated structural behaviors of joint of concrete filled steel tube column and P.C reinforced concrete beam through a series of hysteretic behavior experiment. The results are summarised as follows: (1) The joint stiffness of concrete filled square steel tube column and P.C reinforecd beam was higher than that of concrete filled circular steel tube column and P.C reinforecd beam, and it was decreased as the increase of the number of hysteretic cycle. (2) The aspects of the hysteretic behavior in the joint was stable as the increase of the number of hysteretic cycle, and rotation resisting capacity of joint of concrete filled square steel tube column and P.C reinforced concrete beam was higher than those of the concrete filled circular steel tube column and P.C reinforced concrete beam. (3) Some restriction must be put upon the ratio of axial force in this joint model because the load carrying capacity was decreased by flexural and flexural-torsional buckling in case of the ratio of axial force 0.6. (4) The emprical formula to predict the ultimate capacity of joint model to superimpose shearing strength of steel web(H section) and bending strength of reinforced concrete beam was expected.
An experimental study was performed for thin-walled rectangular concrete-filled tubular (CFT) columns. The present study mainly focused on evaluation of the axial load-carrying capacity of concrete-filled tubular columns using high-strength steel and slender section. The test parameters were width-to-thickness ratio, concrete strength, steel yield strength, and the use of stiffeners. Five specimens were tested under monotonic axial loading. Although elastic local buckling occurred in the slender-section specimens with high-strength steel, the specimens exhibited considerable post-buckling reserve. The test results also satisfied the predictions of a current design code. The specimens strengthened with vertical stiffeners exhibited improved strength and ductility when compared with the un-stiffened specimens.
In the present study, a Finite Element Model has been developed and used to study the effect of diameter to wall thickness ratio (D/t) of steel tube filled with concrete under axial loading on its behavior and load carrying capacity. The model is verified by comparing its findings with available experimental results. Influence of thickness and area of steel tube on strength, ductility, confinement and failure mode shapes has been studied. Strength enhancement factors, load factor, confinement contribution, percentage of steel and ductility index are defined and introduced for the assessment. A parametric study by varying length and thickness of tube has been carried out. Diameter of tube kept constant and equals to 140 mm while thickness has been varied between 1 mm and 6 mm. Equations were developed to find out the ultimate load and confined concrete strength of concrete. Variation of lateral confining pressure along the length of concrete cylinder was obtained and found that it varies along the length. The increase in length of tubes has a minimal effect on strength of tube but it affects the failure mode shapes. The findings indicate that optimum use of materials can be achieved by deciding the thickness of steel tube. A better ductility index can be obtained with the use of higher thickness of tube.
In order to increase the load carrying capacity and/or increase the service life of existing circular reinforced concrete bridge columns, Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) composites could be utilized. Transverse wrapping of circular concrete columns with CFRP sheets increases its axial and shear strengths. In addition, it provides good confinement to the concrete column core, which enhances the bending and compressive strength, as well as, ductility. Several experimental and analytical studies have been conducted on CFRP strengthened concrete cylinders/columns. However, there seem to be lack of thorough investigation of the effect of elevated temperatures on the response of CFRP strengthened circular concrete columns. A concrete confinement model that reflects the effects of elevated temperature on the mechanical properties of CFRP composites, and the efficiency of CFRP in strengthened concrete columns is presented. Tensile strength and modulus of CFRP under hot conditions and their effects on the concrete confinement are the primary parameters that were investigated. A modified concrete confinement model is developed and presented.
In order to increase the load carrying capacity of tubular structures, the joints of tubular members are usually reinforced with various reinforcement system. A stiffening method with internal ring stiffeners is effectively used for the steel tubular joint with a large diameter. In this study, the behavior of internally ring-stiffened tubular T-joints subjected to axial loading is assessed. For the parametric study, nonlinear finite element analyses are used to compute the static strength on non-stiffened and ring-stiffened T-joints. Based on the numerical results, an internal ring stiffener is found to be efficient in improving the static strength. The influence of geometric parameters has been determined, and the reinforcement effect are evaluated. Based on the FE results, regression analises are performed considering the practical size of ring stiffener. Finally strength estimation formulas for ring-stiffened tubular T-joints are proposed.
In the design for piled rafts, the load capacity of the raft is in general ignored and the load capacities of pile are only considered for the estimation of the total load carrying capacity of the piled raft. The axial resistance of piled raft is offered by the raft and group piles acting on the same supporting ground soils. As a consequence, pile - soil - raft and pile - soil interactions, occurring by stress and displacement duplication with pile and raft loading conditions, acts as a key element in the design for piled rafts. In this study, a series of centrifuge model tests has been performed to compare the axial behavior of group pile and raft with that of a piled raft (having 16 component piles with an array of $4{\times}4$) at the stiff and soft clays. From the test results, it is observed that the interactions of piles, soil, and raft has little influences on the load capacities of piles and raft in piled rafts compared with the load capacities of group piles and raft at the same clay soil condition.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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