The need for carbon neutrality in the world strives the construction industry to reduce the use of construction materials. Aiming to this, recycled aggregate concrete (RAC) could be used as it reduces the carbon dioxide emissions. Currently, RAC is mainly used in non-structural members of civil constructions, seldom used in structural members. To broaden its structural use, a new type of composite column, i.e., the square and rectangular RAC filled FRP tubes (CFFTs), has been concerned in this study. The investigation on their axial compressive behavior through physical test and numerical analysis demonstrated that the load-carrying capacity of such column is reduced with the increase of replacement ratio of recycled aggregate and aspect ratio of section but can be improved by the increase of FRP confining stiffness and corner radius, said capacity can be equivalent to their steel reinforced concrete counterparts. At failure, the hoop strain at corner of tube is unexpectedly smaller than that at flat side of the tube although the FRP tube ruptured at its corner first, revealing a premature failure. Besides, a design-oriented stress-strain model of concrete and an analysis-oriented finite element model are proposed to predict the load-strain response of square and rectangular CFFT columns, which facilitates the engineering use of RAC in load-carrying structural members.
In this study, the time dependent internal stress changes of a Concrete Filled Steel Tube(CFT) column during a fire test were quantitatively analyzed. The strain ratio of a CFT column on the different loads was measured by tensile strength tests in terms of yield strength, tensile strength average extensibility and elasticity modulus. To understand the internal material properties change of concrete in CFT column damaged due to a fire, the compressive strength and elastic modulus tests were measured on a core sample from the center of the steel tube after the fire test. The elastic modulus test measured the strain from the stress. To determine the fire temperature of the test material, a differential thermal analysis was done. From the tested result, the gained data were conducted and an analysis method was suggested. The purpose of this work is to suggest a basic data for structure regulation enactments of the internal fire design of CFT.
Inocencio Luevanos-Soto;Arnulfo Luevanos-Rojas;Victor Manuel Moreno-Landeros;Griselda Santiago-Hurtado
Coupled systems mechanics
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v.13
no.3
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pp.201-217
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2024
This study aims to develop a new model to obtain the minimum area in circular isolated footings with eccentric column taking into account that the surface in contact with the ground works partially in compression, i.e., a part of the contact area of the footing is subject to compression and the other there is no pressure (pressure zero). The new model is formulated from a mathematical approach based on a minimum area, and it is developed by integration to obtain the axial load "P", moment around the X axis "Mx" and moment around the Y axis "My" in function of σmax (available allowable soil pressure) R (radius of the circular footing), α (angle of inclination where the resultant moment appears), y0 (distance from the center of the footing to the neutral axis measured on the axis where the resultant moment appears). The normal practice in structural engineering is to use the trial and error procedure to obtain the radius and area of the circular footing, and other engineers determine the radius and area of circular footing under biaxial bending supported on elastic soils, but considering a concentric column and the contact area with the ground works completely in compression. Three numerical problems are given to determine the lowest area for circular footings under biaxial bending. Example 1: Column concentric. Example 2: Column eccentric in the direction of the X axis to 1.50 m. Example 3: Column eccentric in the direction of the X axis to 1.50 m and in the direction of the Y axis to 1.50 m. The new model shows a great saving compared to the current model of 44.27% in Example 1, 50.90% in Example 2, 65.04% in Example 3. In this way, the new minimum area model for circular footings will be of great help to engineers when the column is located on the center or edge of the footing.
Structures are often subject to vehicle collision which can be accidental or terrorist attack. Previous research shows that the damage in major columns may result in progressive collapse of a whole building. This study investigates the performance of a steel column standing on a reinforced concrete footing subjected to a vehicle collision. The size and the axial load of the steel column are determined based on the assumption that it is the first story corner column in a typical three-story building with six meter span length. The finite element model of a eight-ton single unit truck provided by the NCAC (National Crash Analysis Center) is used in the numerical analysis. The finite element analysis is performed using the LS-DYNA, and the results show that the behavior of the column subjected to car impact depends largely on the column-foundation connection detail.
Structural seismic tests usually need to simulate the gravity load borne by the structure, the gravity load application devices should keep the force value and direction unchanged, and can adapt to the structural deformation. At present, there are two main ways to simulate gravity load in laboratory: roller group and prestress. However, there are few differential analysis between these two ways in the existing experimental studies. In this paper, the simulation software ABAQUS is used to simulate the static pushover analysis of reinforced concrete column and frame, which are the most common models in structural seismic tests. The results show that the horizontal restoring force of the model using prestressed loading method is significantly greater than roller group, and the difference between the two will increase with the increase of the horizontal deformation. The reason for the difference is that the prestressed loading method does not take the adverse effects of gravity second-order effect (P-Delta effect) into account. Therefore, the restoring force obtained under prestressed loading method should be corrected and the additional shear force caused by P-Delta effect should be deducted. After correction, the difference of restoring force between the two gravity load application methods is significantly reduced (when storey-drift is 1/550, the relative error is within 1%; and when storey-drift is 1/50, the relative error is about 3%). The research results of this research can provide reference for the selection and data processing of gravity load simulation devices in structural seismic tests.
This paper presents the experimental results of behacior of slender square hollow section columns strengthened with carbon fiber reinforced polymers (CFRP) sheets subjected to concentrated axial loading. Three long specimens were fabricated and one stub column were fabricated. The main parameters were the number of CFRP layers. From the tests, it was observed that global buckling were occurred at the center of specimen for unretrofitting slender column. However, CFRP retrofitting could prevent the global buckling of slender column. Maximum increase of 22% was also achieved in axial-load capacity with three longitudinal layered CFRP applied on four sides of steel tubes.
Full penetration welded steel moment-resisting frame (SMRF) structures with welded box sections are widely employed in steel bridges, where a large number of steel bridges have been in operation for over fifty years in Japan. Welding defects such as incomplete penetration at the beam-column connections of these existing SMRF steel bridge piers were observed during inspection. Previous experiments conducted by the authors' team indicate that gusset stiffeners (termed fillets in this study) at the beam-web-to-column-web joint of the beam-column connections may play an important role on the seismic performance of the connections. This paper aims to experimentally study the effect of the fillet radius on seismic performance of the connections with large welding defects. Four specimens with different sizes of fillet radii were loaded under quasi-static incremental cyclic loading, where different load-displacement relations and cracking behaviors were observed. The experimental results show that, as the size of the fillet radius increases, the seismic performance of the connections can be greatly improved.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.23
no.1
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pp.23-33
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2023
It is widely known that the level of fire resistance of wooden structure is determined by a charring rate or charring depth, and these are adopted for fire design. In this study, specimens of domestic larch column with a lamination wooden type were prepared and the fire resistance properties such as the charring depth, load ratio and the specific charring rate suggested by EN Code investigated. Test results showed that as expected, the weakest part was the corner of the column, so that the charring depth of the corner was deeper than the other parts of the column. For the load ratio less than 0.9, it had little effect on the charring depth.
This paper investigates the design using wind-moment method for semi-rigid un-braced steel frames bending on weak axis. A limiting sway method has been proposed to reduce the frame sway. Allowance for steel section optimization between moment of inertia on minor axis column and major axis beam was used in conjunction with slope-deflection analysis to derive equations for optimum design in the proposed method. A series of un-braced steel frames comprised of two, four, and six bays ranging in height of two and four storey were studied on minor axis framing. The frames were designed for minimum gravity load in conjunction with maximum wind load and vice-versa. The accuracy of the design equation was found to be in good agreement with linear elastic computer analysis up to second order analysis. The study concluded that the adoption of wind-moment method and the proposed limiting sway method for semi-rigid steel frame bending on weak axis should be restricted to low-rise frames not more than four storey.
The purpose of this study is to classify types of the eaves structure of buildings with the Jusimpo-type structure and to analyze the characteristics of each eaves structure. For this objective, forty buildings were selected and investigated. The results of analysis are summarized as follows. First, the main members of framework which handle a load burden on the long-rafter(長椽) are classified as the Jusim-dori(柱心道里) and the Oemok-dori(外目道里). Based on the method of handling a load, the eaves structure is classified into three types; the Jusim-processing-type(柱心中心形), the Oemok-processing-type(外目中 心形), and the Oemok-processing-variant-type(外目中心變異形). The Jusim-processing-type is the set where the internal length of a long-rafter is longer than the length of the eaves on the basis of the center of a column. The Oemok-processing-type is the set where the external length of a long-rafter is longer than the internal length of it. And the Oemok-processing-variant-type is the set where the internal length of a long-rafter is longer than the external length of it, but it is shorter than the length of the eaves which includes the extruded length of a Buyeon(浮椽). Second, the Jusim-processing-type had been generally adopted in the Jusimpo-type structure of the Goryeo Dynasty. But since the 17th century, the Oemok-processing-type had the highest application rate. Third, the change from the Jusimdori-processing-structure to the Oemokdori-processing-structure means that the long-rafter is moved to the direction of outside of the building, and thus the Jung-dori(中道里) is gradually moved to the column center. And, the change of the eaves with the Jusimpo-type structure was not a process for increasing the length of the eaves but a process for adopting the advantages of the Dapo-type structure by changing the arrangement of purlin. Fourth, the change from the Jusimpo-type structure to the Dapo-type structure could be understood as a process for moving the main point for handling a load from the Jusim-dori to the Oemok-dori.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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