Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2003.11a
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pp.613-616
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2003
Steel-concrete composite columns are used extensively in modern buildings. Extensive research on composite columns in which structural steel are in concrete have been carried out. In-filled composite columns, however have received limited attention compared to encased columns. In this paper, interrelationship of parameters is examined into analyzing and comparing with data through ABAQUS program and experiment on concrete filled tubular column under axial load and propriety of model is checked out by FEM analysis. The main variations of this paper are width-thickness ratio of the section(B/t =33.3, 38.9, 44.4), concrete strength($f_{ck}$=240, 360kgf/$\textrm{cm}^2$), and width-length ratio($L_o$/B=8.0, 10.0, 12.0, 15.0, 20.0). The ultimate value obtained through analysis is compared with test value and calculated by design code of other countries and previous studies.
Chicoine, Thierry;Tremblay, Robert;Massicotte, Bruno
Steel and Composite Structures
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v.2
no.3
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pp.171-194
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2002
In this paper, the behaviour of axially loaded partially encased composite columns made with light welded H steel shapes is examined using ABAQUS finite element modelling. The results of the numerical simulations are compared to the response observed in previous experimental studies on that column system. The steel shape of the specimens has transverse links attached to the flanges to improve its local buckling capacity and concrete is poured between the flanges only. The test specimens included 14 stubcolumns with a square cross section ranging from 300 mm to 600 mm in depth. The transverse link spacing varied from 0.5 to 1 times the depth and the width-to-thickness ratio of the flanges ranged from 23 to 35. The numerical model accounted for nonlinear stress-strain behaviour of materials, residual stresses in the steel shape, initial local imperfections of the flanges, and allowed for large rotations in the solution. A Riks displacement controlled strategy was used to carry out the analysis. Plastic analyses on the composite models reproduced accurately the capacity of the specimens, the failure mode, the axial strain at peak load, the transverse stresses in the web, and the axial stresses in the transverse links. The influence of applying a typical construction loading sequence could also be reproduced numerically. A design equation is proposed to determine the axial capacity of this type of column.
Top-down construction is a construction technique in which pit excavation and structure construction are conducted simultaneously. Reducing construction time and minimizing noise and vibration which affect neighboring structures, the technique is widely employed in constructing downtown structures. While H-steel columns have been commonly used as core columns, concrete filled steel tube (CFT) columns are at the center of attention because the latter have less axial directionality and greater cross-sectional efficiency than the former. When compared with circular CFT columns, square CFT columns are more easily connected to the floor structure and the area of percussion rotary drilling (PRD) is smaller. For this reason, square CFT columns are used as core columns of concrete encased and filled square (CET) columns in underground floors. However, studies on the structural behavior and concrete stress transfer of CET columns have not been conducted. Since concrete is cast according to construction sequence, checking the stress of concrete inside the core columns and the stress of covering concrete is essential. This paper presents the results of structural tests and analyses conducted to evaluate the usability and safety of CET columns in top-down construction where CFT columns are used as core columns. Parameters in the tests are loading condition, concrete strength and covering depth. The compressive load capacity and failure behavior of specimens are evaluated. In addition, 2 cases of field application of CET columns in underground floors are analyzed.
The composite frame system suggested in this paper consists of steel reinforced concrete beam encased with structural tee and precast concrete column. This system has advantages such as reduction of materials, CO2 emissions and waste. To commercialize the new composite frame system, it is necessary to develop connections that can effectively connect each member. Therefore, a hybrid connection that has steel type connection and reinforced concrete together is utilized to connect easily at the composite frame system. To evaluate the structural performance of the composite frame system, an experimental investigation is presented. In this study, the flexural moment capacity of the composite frame was determined using the strain compatibility approach. The strain compatibility approach can be used to predict the flexural moment capacity at each limit state. As a result, all elements of the beam to column connection are represented to fully interact between each other. The specimens show errors of -1.9% in the yield limit state and 0.9% at the maximum load limit state. Also, testing shows that beam to column connections have characteristics of semi-rigid connection as per Eurocode 3.
Current limit state design method for encased composite columns contains irrational and uncertain design equations in defining section and material properties of composite members. Through investigating previous research used in formulating the design equation, this paper explores the irrationality and uncertainty such as 1) transformation of yield stress and elastic modulus for composite section, 2) an equation influencing buckling strength in terms of area rather than moment of inertia, and 3) selection of larger radius of gyration between steel and concrete sections. Improving the design equations this paper proposes two design methods which can be directly used in practical design.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2005.03a
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pp.300-307
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2005
Steel Reinforced Concrete (SRC) composite column has several advantage such as excellent durability, rapid construction, reduction of column section. Due to these aspect, applications of SRC columns to bridge piers are continuously increasing. For the design of relatively large SRC columns for bridge piers, it is necessary to check the current design provisions which were based on small section having higher steel ratio. In this study, seven concrete encased composite columns were fabricated and static tests were performed. Embedded steel members were a H-shape rolled beam and a partially filled steel tube. Based on the test results, the ultimate strength according to section details and local behavior were estimated. For the analysis of inelastic behavior of the SRC column, the cracked section stiffness of the columns was evaluated and compared with calculations. The stiffness of the cracked section showed that 25% of the initial value and this stiffness reduction occurred at 85% of the ultimate load in the experiments.
The existing method to improve the coordination performance of the inner and outer parts of concrete-encased concrete-filled steel tube (CFST) composite columns by increasing the volume-stirrup ratio causes difficulties in construction due to over-dense stirrups. Thus, this paper proposes an open polygonal composite stirrup with high strength and high ductility CRB600H reinforced rebar, and seventeen specimens were constructed, and their axial compressive performance was tested. The main parameters considered were the volume-stirrup ratio, the steel tube size, the stirrup type and the stirrup strength. The test results indicated: For the specimens restrained by open octagonal composite stirrups, compared with the specimen of 0.5% volume-stirrup ratio, the compressive bearing capacity increased by 14.6%, 15.7% and 21.5% for volume-stirrup ratio of 0.73%, 1.07% and 1.61%, respectively. For the specimens restrained by open composite rectangle stirrups, compared with the specimen of 0.79% volume-stirrup ratio, the compressive bearing capacity increased by 7.5%, 6.1%, and -1.4% for volume-stirrup ratio of 1.12%, 1.58% and 2.24%, respectively. The restraint ability and the bearing capacity of the octagonal composite stirrup are better than other stirrup types. The specimens equipped with open polygonal composite stirrup not only had a higher ductility than those with the traditional closed-loop stirrup, but they also had a higher axial bearing capacity than those with an HPB300 strength grades stirrup. Therefore, the open composite stirrup can be used in practical engineering. A new calculation method was proposed based on the stress-strain models for confined concrete under different restrain conditions, and the predicted value was close to the experimental value.
Kim, Chang-Su;Park, Hong Gun;Lee, Ho Jun;Choi, In Rak
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.25
no.2
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pp.209-222
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2013
Eccentric axial loading test was performed for concrete-encased columns using 800MPa steel and 100MPa concrete. To maximize the contribution of the high-strength steel, L-shaped steel sections were placed at four corners, and connected to each other by lattices, links, or battens. Compared to a H-section of the same area, the moment-arm and strain of the L-sections are increased. Also, the corner L-sections provide good lateral confinement to concrete core. The test results showed that the peak strength and effective flexural stiffness of the L-section columns were increased by more than 1.4 times those of the H-section column.
The fire resistance of composite steel and concrete structures may be determined by using the simplified methods provided in EN 1994-1-2. For the particular situations not covered by the standard, an advanced calculation model might be applied, using special purpose programs for the analysis of structures in fire. The validation of these programs has always been an important issue for software developers, but also for designers and authorities. Clause 4.4.4 from EN 1994-1-2 refers to the validation of the advanced calculation models and states that these models must be validated through relevant test results. The paper presents the calculation of fire resistance of the composite columns in a high-rise building built in Romania, and focusses on the validation of the calculation model (computer program SAFIR), for this particular case. This validation, asked by the Romanian authorities, considers the available experimental results of a fire test, performed on a similar composite steel-concrete column.
Jung In Keun;Min Jin;Shim Chang Su;Chung Young Soo
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2004.11a
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pp.97-100
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2004
Steel encased composite columns are widely used due to their excellent structural performance in terms of stiffness, strength, and ductility. However, experimental studies were usually for the columns having higher steel ratio $(3-4\%)$. There are two different design concepts for SRC columns. ACI-318 specifies the design strength of the column using the same concept of reinforced concrete columns. AISC-LRFD specifies the P-M diagram using the concept of steel column. In this paper, SRC columns have the steel ratio of $0.53\%\;and\;1.06\%$. From the test results, ACI-318 specifications showed better evaluation of SRC columns having low steel ratio. H beam and steel tube partially filled with concrete were embedded in concrete. Flexural tests showed considerably high ductility.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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