The structural performance of cold-formed steel (CFS) built-up battened columns were numerically investigated in this paper. The built-up column sections were formed by connecting two-lipped channels back-to-back, with a regular spacing of battens plates, and have been investigated in the current study. Finite element models were validated with the test results reported by the authors in the companion paper. Using the validated models, the parametric study was extended, covering a wider range of overall slenderness to assess the accuracy of the current design rules in predicting the design strengths of the CFS built-up battened columns. The parameters viz., overall slenderness, different geometries, plate slenderness (b/t ratio) and yield stress were considered for this study. In total, a total of 228 finite element models were analyzed and the results obtained were compared with current design strength predicted by Effective Width Method of AISI Specifications (AISI S100:2016) and European specifications (EN1993-1-3:2006). The parametric study results indicated that the current design rules are limited in predicting the accuracy of the design strengths of CFS built-up battened columns. Therefore, a design equation was proposed for the AISI and EC3 specifications to predict the reliable design strength of the CFS Built-up battened columns and was also verified by the reliability analysis.
Tapered concrete filled double skin steel tubular (CFDST) columns have been used in China for structures such as electricity transmission towers. In practice, the bearing capacity related to the connection details on the top of the column is not fully understood. In this paper, the experimental behaviour of tapered CFDST stub columns subjected to axial partial compression is reported, sixteen specimens with top endplate and ten specimens without top endplate were tested. The test parameters included: (1) tapered angle, (2) top endplate thickness, and (3) partial compression area ratio. Test results show that the tapered CFDST stub columns under axial partial compression behaved in a ductile manner. The axial partial compressive behaviour and the failure modes of the tapered CFDST stub columns were significantly influenced by the parameters investigated. Finally, a simple formula for predicting the cross-sectional capacity of the tapered CFDST sections under axial partial compression is proposed.
Rodrigues, Joao Paulo C.;Correia, Antonio J.M.;Kodur, Venkatesh
International Journal of High-Rise Buildings
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v.7
no.4
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pp.313-325
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2018
Concrete-filled steel tubular (CFST) members are commonly used as composite columns in modern construction. However, the current guidelines for members' fire design (EN1994-1-2) have been proved to be unsafe in case the relative slenderness is higher than 0.5. In addition, the simplified design methods of Eurocode 4 are limited to circular and square CFST columns, while in practice columns with rectangular and elliptical hollow sections are being increasingly used because of their architectural aesthetics. In the last years a large experimental research has been carried out at Coimbra University on the topic. They have been tested concrete filled circular, square, rectangular and elliptical hollow columns with restrained thermal elongation. Some parameters such as the slenderness, the type of cross-section geometry as well as the axial and rotational restraint of the surrounding structure to the column have been tested in order to evaluate their influence on the fire resistance of such columns. In this paper it is evaluated the influence of the boundary conditions (pin-ended and semi-rigid end-support conditions) on the behavior of the columns in case of fire. In these tests it could not be seen a marked effect of the tested boundary conditions but it is believed that the increasing of rotational stiffness increases the fire resistance of the columns.
Tabebordbar, Amir;Dehghan, Seyed Mehdi;Fathi, Farshid;Najafgholipour, Mohammad Amir
Steel and Composite Structures
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v.41
no.5
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pp.747-759
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2021
Built-up Double-I (BD-I) columns have been commonly used for mid-rise steel-frame structures in Iran. These columns consist of two hot rolled IPE sections which are connected by two cover plates and fillet welds. Until 2017, BD-I columns were employed in intermediate moment resisting frames (MRF) using welded flange plate (WFP) connections. To evaluate the seismic behavior of the connections, four samples were made and tested based on cyclic loading according to AISC 341-16. It was concluded that typical samples cannot satisfy the seismic provisions related to intermediate MRFs. In contrast, the proposed connections retrofitted with two-part external diaphragms were able to satisfy not only the seismic requirements related to intermediate MRFs but also those related to special MRFs according to AISC. The numerical modeling of these samples was performed using ABAQUS finite element software. This study compared the hysteresis moment-rotation curves, plastic strains, and behavior modes in both experimental samples and numerical models.
In this research, we tested 10 simply supported concrete-encased composite columns under monotonic eccentric loads and investigated their shear behaviour. The specimens tested were two reinforced concrete specimens, three steel-reinforced concrete (SRC) specimens with an H-shaped steel section (also called a beam section), and five SRC specimens with a cruciform-shaped steel section (also called a column section). The experimental variables included the transverse steel shape's depth and the longitudinal steel flange's width. Experimental observations indicated the following. (1) The ultimate load-carrying capacity was controlled by web compression failure, defined as a situation where the concrete within the diagonal strut's upper end was crushed. (2) The composite effect was strong before the crushing of the concrete outside the steel shape. (3) We adjusted the softened strut-and-tie SRC (SST-SRC) model to yield more accurate strength predictions than those obtained using the strength superposition method. (4) The MSST-SRC model can more reasonably predict shear strength at an initial concrete softening load point. The rationality of the MSST-SRC model was inferred by experimentally observing shear behaviour, including concrete crushing and the point of sharp variation in the shear strain.
With the increasing tendency to construct high rise reinforced concrete building~i, it is required to use high strength materIals, smaller member sections, and larger reinforcing bars, I t is generally recognized that under severe seismic loads beam column jomts may become more critical structural components than other structural elements. In a ductile momentresistmg reinforced concrete frame, the connection of bearncolumn must be capable of resistll1g the large lateral forces caused by seismic actions,
The purpose of this experimental study is to evaluate and ll1vestigate the earthquake resistant perform
ance of beam-colurrm subassemblies constructed with high-strength concrete cast by the concrete of com¬pressive strength of 700kg / cm2 subjected to reversed cyclic loadings.
New approaches for moving the plastic hinging zone away from the column face and preventing the di¬agonal crack in the joint region are adopted to advance the earthquake-resistant performance of beam-column subassemblies using high-strengh concrete under severe earthquake-type loading. Exper¬imental results indicate that the modified new details which are introduced by intermediate reinforcement in the beam over a specific beam length adjacent to the joint are able to attain the stable hysteretic behavior and the enhancement of earthquake-resistant performance.
Keywords: high strength concrete: beam-column Joints; seirnic loads(reversed cyclic loading) : earth¬quake-resistant performance; plastic hinge zone: diagonal crack: intermediate reinforce¬ment ; closed strirrup: hysteretic behavior: enhancement .
This paper is a study on the behavior of Concrete-Filled Square Tubular(CFST) column to H-beam connections reinforced with external stiffeners and reinforcing bar. The cyclic loading tests of 5 test specimens were carried out. The main Parameters are as follows; 1)the length of the stiffener: 200mm, 250mm, 2)the diameter of reinforcing bar: HD16, 19. The results of the researches demonstrate that the increase of the stiffener length was more effective than the increase of the area of reinforcing bar in the point of both strength and stiffness. By reinforcing external stiffeners, stable hysteretic behavior was shown and plastic hinge was formed on the beam flange. Cold-formed tube sections should be used carefully to avoid the welding fracture at the round corners of section, and the proposed welding methods are suitable for this connections.
Flat plate structures under lateral load are susceptible to the brittle shear failure of plate-column connection. To prevent such brittle failure, strength and ductility of the connection should be ensured. However, according to previous studies, current design methods do not accurately estimate the strength of plate-column connection. In the present study, parametric study using nonlinear finite element analysis was performed for interior connections. Based on the numerical results, a design method for the connection was developed. At the critical sections around the connection coexist flexural moment and shear developed by lateral and gravity loads, and maximum allowable eccentric shear stresses were proposed based on the interactions between the flexural moment and shear, The proposed method can precisely predict the strength of the connection, compared with the current design provisions. The predictability of the proposed method was verified by the comparisons with existing experiments and nonlinear numerical analyses.
This paper reports the numerical investigation conducted to study the influence of Local-Distortional (L-D) interaction mode buckling on post buckling strength erosion in fixed ended lipped channel cold formed steel columns. This investigation comprises of 81 column sections with various geometries and yield stresses that are carefully chosen to cover wide range of strength related parametric ratios like (i) distortional to local critical buckling stress ratio ($0.91{\leq}F_{CRD}/F_{CRL}{\leq}4.05$) (ii) non dimensional local slenderness ratio ($0.88{\leq}{\lambda}_L{\leq}3.54$) (iii) non-dimensional distortional slenderness ratio ($0.68{\leq}{\lambda}_D{\leq}3.23$) and (iv) yield to non-critical buckling stress ratio (0.45 to 10.4). The numerical investigation is carried out by conducting linear and non-linear shell finite element analysis (SFEA) using ABAQUS software. The non-linear SFEA includes both geometry and material non-linearity. The numerical results obtained are deeply analysed to understand the post buckling mechanics, failure modes and ultimate strength that are influenced by L-D interaction with respect to strength related parametric ratios. The ultimate strength data obtained from numerical analysis are compared with (i) the experimental tests data concerning L-D interaction mode buckling reported by other researchers (ii) column strength predicted by Direct Strength Method (DSM) column strength curves for local and distortional buckling specified in AISI S-100 (iii) strength predicted by available DSM based approaches that includes L-D interaction mode failure. The role of flange width to web depth ratio on post buckling strength erosion is reported. Then the paper concludes with merits and limitations of codified DSM and available DSM based approaches on accurate failure strength prediction.
In this paper, an analytical approach hwas been conductsed to clarify the relationships between the axial force and the deformation capacity of steel- encased reinforced- concrete beam-columns. The analytical model was defined as a cantilever. Several parameters influencing the inelastic performance of the beam-columns were selected, as follows: including encased steel area ratios, and sectional shapes of the encased steel, material strengths, and shear-span- to-depth ratios. The Analytical results of the analysis showed that the axial force had to have a maximum limit to ensure the stable behavior of a steel- encased reinforced- concrete beam-column when it was subjected to both axial and repeated lateral loading under a constant rotation angle amplitude. The maximum axial force of the beam-column to be resisted under cyclic lateral loading was defined as the stable-limit axial force to ensure the required rotation angle amplitude. The Analytical results of the analysis indicate that the stable-limit axial load ratio increases as the steel strength increases or as the compressive strength of the concrete decreases. The stable-limit axial load ratio decreases as the encased steel ' s sectional area increases in the case of a 1-shaped sections and it is almost not influenced by the steel sectional area in the case of a cross-shaped section.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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