Divyah, N.;Prakash, R.;Srividhya, S.;Sivakumar, A.
Structural Engineering and Mechanics
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v.83
no.3
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pp.387-400
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2022
The practice of using encased steel-concrete columns in medium to high-rise structures has expanded dramatically in recent years. The study evaluates existing methodologies and codal guidelines for estimating the ultimate load-carrying characteristics of concrete-encased short columns experimentally. The present condition of composite column design methods was analyzed using the Egyptian code ECP203-2007, the American Institute of Steel Construction's AISC-LRFD-2010, Eurocode EC-4, the American Concrete Institute's ACI-318-2014, and the British Standard BS-5400-5. According to the codes, the axial load carrying characteristics of both the encased steel and concrete sections was examined. The effect of load-carrying capacities in different forms of encased steel sections on encased steel-concrete columns was studied experimentally. The axial load carrying capacity of twelve concrete-encased columns and four conventional reinforced columns were examined. The conclusion is that the confinement was not taken into account when forecasting the strength and ductility of the encased concrete, resulting in considerable disparities between codal provisions and experimental results. The configuration of the steel section influenced the confining effect. Better confinement is achieved with the laced and battened section than with the infilled steel tube reinforced and conventionally reinforced section. The ECP203-2007 code reported the most conservative results of all the codes used.
In this paper, quasi-static crushing tests of composite circular tubes under axial compression load are conducted to investigate the energy absorption characteristics. Circular tubes used for this experiment are glass/epoxy (GFRP) composite tubes which are fabricated by the filament winding method. One edge of the composite tube is chamfered to reduce the initial peak load and to prevent catastrophic failure during crushing process. Energy absorption characteristics vary significantly according to the constituent materials, fabrication conditions, tube geometry and test condition. In tube geometry, according as inner diameter increase, unstable crush mode is caused by local buckling of delamination, but control of the fiber orientation should help composite tubes get stable crush mode.
The purpose of this paper is to investigate the axial bearing capacity and residual properties of steel reinforced recycled aggregate concrete (SRC) column after elevated temperature. A total of 48 SRC columns were designed for the static loading test after elevated temperature. The variables include replacement ratios, designed temperature, target duration, thicknesses of cover concrete, steel ratios and stirrup spacing. From this test, the mass loss ratio and stress load-deformation curve were obtained, and the influence of various parameters on residual bearing capacity were analyzed. ABAQUS was used to calculate the temperature field of specimens, and then got temperature damage distribution on the cross-section concrete. It was shown that increasing of the elevated temperatures leaded to the change of concrete color from smoky-gray to grayish brown and results in reducing the bearing capacity of SRC columns. The axial damage and mechanism of SRC columns were similar to those of reinforced natural aggregate concrete columns at the same temperatures. Finally, the calculation method of axial compressive residual bearing capacity of SRC columns recycled concrete columns after high temperature was reported based on the test results and finite element analysis.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2009.05a
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pp.27-28
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2009
In earthquake simulation tests of building structures, it is sometimes necessary to measure the shear forces in two orthogonal directions and axial force of a particular member. This study shows the manufacture and calibration of load cells for measuring 2-direction shears and uniaxial compression.
In the conventional axial load transfer analysis for composite piles (i.e., steel pipe pile filled with concrete), it was assumed that the concrete's strain is same as the measured steel's strain and the elastic modulus of the steel and the concrete calculated by formular as prescribed by specification is used in calculation of pile axial load. But, the pile axial load calculated by conventional method had some difference with the actual pile load. So, the behavior of a composite pile could not be analyzed exactly. Thus, the necessity to measure the strain for each pile components was proposed. In this study, the verification test for DRS (Deformable Rod Sensor) developed to measure the strain of each pile component (i.e., the steel and the concrete) was performed. In the calculation of pile axial load using the DRS, elastic modulus of concrete could be determined by the uniaxial compression test for the concrete cylinder samples made in the test site and an average tangential modulus in the stress range of (0.2∼0.6)f$_ck$ was taken.
Current design code states that the strength reduction factor shall be permitted to be increased linearly from that for axial compression to that for flexure as the design axial load strength $\Phi$cPn decrease from 0.1fckAg to zero. Since this empirically adopted axial load level of $\Phi$cPn=0.1fckAg considers only sectional area and concrete strength, the other variables such as steel ratio, steel yielding strength, and steel arrangement can not be considered. This research is performed to investigate the consistency and the rationality of the code requirement for determination of column design strength. A nonlinear axial force-moment-curvature analysis was conducted in order to investigate the ductility of reinforced concrete column sections. As the result of ductility analysis, it was found that the ductility at the axial force of $\Phi$cPn=0.1fckAg represented a lock of consistency for the various variable contained sections. Therefore, a more reasonable application method of strength reduction factor is proposed, that is based on the strain ductility index.
Wang, Jun;Liu, Weiqing;Zhou, Ding;Zhu, Lu;Fang, Hai
Steel and Composite Structures
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v.17
no.4
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pp.431-452
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2014
The present study focuses on the mechanical behaviour of concrete filled double skin steel tubular (CFDST) stub columns confined by fiber reinforced polymer (FRP). A series of axial compression tests have been conducted on two CFDST stub columns, eight CFDST stub columns confined by FRP and a concrete-filled steel tubular (CFST) stub column confined by FRP, respectively. The influences of hollow section ratio, FRP wall thickness and fibre longitudinal-circumferential proportion on the load-strain curve and the concrete stress-strain curve for stub columns with annular section were discussed. The test results displayed that the FRP jacket can obviously enhance the carrying capacity of stub columns. Based on the test results, a new model which includes the effects of confinement factor, hollow section ratio and lateral confining pressure of the outer steel tube was proposed to calculate the compressive strength of confined concrete. Using the present concrete strength model, the formula to predict the carrying capacity of CFDST stub columns confined by FRP was derived. The theoretically predicted results agree well with those obtained from the experiments and FE analysis. The present method is also adapted to calculate the carrying capacity of CFST stub columns confined by FRP.
Cold-formed lipped channel columns (CFLCCs) have been widely used in light gauge steel constructions. The distortional buckling is one of the important buckling modes for CFLCCs and the distortional buckling critical load depends significantly on the rotational restrain stiffness generated by the web to the lipped flange. First, a simplified explicit expression for the rotational restraint stiffness of the lipped flange has been derived. Using the expression, the characteristics of the rotational restraint stiffness of the lipped flange have been investigated. The results show that there is a linear coupling relationship between the applied forces and the rotational restraint stiffness of the lipped flange. Based on the explicit expression of the rotational restraint stiffness of the lipped flange, a simplified analytical formula has been derived which can determine the elastic distortional buckling critical stress of the CFLCCs subjected to axial compression. The simplified analytical formula developed in this study has been shown to be accurate through the comparisons with results from the distortional buckling analyses using the ANSYS finite element software. The developed analytical formula is easy to apply, and can be used directly in practical design and incorporated into future design codes and guidelines.
Sandwich composite wall consists of concrete core attached by two external steel faceplates. It combines the advantage of steel and concrete. The appropriate composite action between steel faceplate and concrete core is achieved by using adequate mechanical connectors. This research studied the compressive behavior of the sandwich composite walls using steel trusses to bond the steel faceplates to concrete infill. Four short specimens with different wall width and thickness of steel faceplate were designed and tested under axial compression. The test results were comprehensively evaluated in terms of failure modes, load versus axial and lateral deformation responses, resistance, stiffness, ductility, strength index, and strain distribution. The test results showed that all specimens exhibited high resistance and good ductility. Truss connectors offer better restraint to walls with thinner faceplates and smaller wall width. In addition, increasing faceplate thickness is more effective in improving the ultimate resistance and axial stiffness of the wall.
Poorly designed reinforced concrete (RC) columns of actual moment-resisting frame (MRF) buildings can undergo Axial Compression Ratios (ACR) so high as their demand exceeds their capacity, even for serviceability gravity load combinations, this lack commonly leads to insufficient seismic strength. Nonetheless, many seismic design codes do not specify limits for ACR. The main contribution of this research is to investigate the need to limit the ACR in seismic design. For this purpose, three prototype 6 and 11-story RC MRF buildings are analyzed in this paper, these buildings have columns undergoing excessive ACR, according to the limits prescribed by standards. To better that situation, three types of alterations are performed: retrofitting the abovementioned overloaded columns by steel jacketing, increasing the concrete strength, and reducing the number of stories. Several finite element analyses are conducted using the well-known software SAP2000 and the results are used for further calculations. Code-type and pushover analyses are performed on the original and retrofitted buildings, the suitability of the other modified buildings is checked by code-type analyses only. The obtained results suggest that ACR is a rather reliable indicator of the final building strength, hence, apparently, limiting the ACR in the standards (for early stages of design) might avoid unnecessary verifications.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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