The purpose of this research is to evaluate the capacity of strength and plastic deformation of those members, and provide experimental data on the seismic behavior of these members as a basis for developing guidelines for designing seismically resistant concrete-filled steel tubular columns. Eighteen cantilever-type specimens were tested under constant axial load and cyclically lateral load as models of bottom columns in high-rise building. The parameters studied in the test program included, are width-thickness ratio of steel tube, slenderness ratio (Lo/D) and axial force ratio. From the test results, the effects of parameters on the strength, the deformation capacity, energy absorption capacity are discussed. The specimen flexural capacity under combined axial and lateral loading was found to be almost accurately predicted by criteria AIJ and AISC-LRFD providing conservative results. Therefore KSSC for encased composite column can be applied to the concrete filled column if composite section and elastic modulus are modified according to AIJ and AISC-LRFD. Finally, the proposed flexural capacity considering confinement effects is a food agreement on the tests results.
Park Tae Man;Park Weon Su;Park Seong Min;Yoon Jeong Bae
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2004.05a
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pp.724-729
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2004
The purpose of this study is to investigate the strength and ductility improvement of columns retrofitted with Fiber-Steel Composite Plate, compared with Steel Plate, and Carbon Fiber Sheet. Test specimens strengthened with 3 different materials--- carbon fiber sheet, steel plate and fiber-steel composite plate --- were tested under cyclic lateral force and a constant axial load equal to $20\%$ of the column's axial load capacity. The hypothetical equivalent value of the strengthening among three materials is introduced to evaluate.
A strut-and-tie model is introduced in this paper to predict the ultimate shear strength of non-seismically detailed columns. The validity and applicability of the proposed strut-and-tie model are evaluated by comparison with available experimental data. The model was developed based on visible crack patterns observed on the test specimens. The concrete contribution is integrated into the strut-and-tie model through a concept of equivalent transverse reinforcement. To further validate the model a full-scale non-seismically detailed reinforced concrete column was tested to investigate its seismic behavior. The specimen was tested under the combination of a constant axial load, $0.30f_c{^{\prime}}A_g$ and quasi-static cyclic loadings simulating earthquake actions. Quasi-static cyclic loadings simulating earthquake actions were applied to the specimen until it could not sustain the applied axial load. The analytical results reveal that the strut-and-tie method is capable of modeling to a satisfactory accuracy the ultimate shear strength of non-seismically detailed columns subjected to reserved cyclic loadings.
A beam-column fiber element for the large displacement, nonlinear inelastic analysis of Concrete-Filled Steel Tubes (CFT) is implemented. The method of description is Total Lagrangian formulation. An 8 degree of freedom (DOF) element with three nodes, which has 3 DOF per end node and 2 DOF on the middle node, has been chosen. The quadratic Lagrangian shape functions for axial deformation and the quartic Hermitian shape function for the transverse deformation are used. It is assumed that the perfect bond is maintained between steel shell and concrete core. The constitutive models employed for concrete and steel are based on the results of a recent study and include the confinement and biaxial effects. The model is implemented to analyze several CFT columns under constant and non-proportional fluctuating concentric axial load and cyclic lateral load. Good agreement has been found between experimental results and theoretical analysis.
Shear load transfer characteristics of rock-socketed drilled shafts were analyzed. The constant normal stiffness (CNS) direct shear tests were performed to identify the major influencing factors of shaft resistance, i.e., unconfined compressive strength, borehole roughness, normal stiffness, initial confining stress, and material properties. Based on the CNS tests, shear load transfer function of drilled shafts in rocks is proposed using borehole roughness and the geological strength index (GSI), which indicates discontinuity and surface condition of rock mass in Hoek-Brown criterion (1997). The proposed load-transfer function was verified by the load test results of seven rock-socketed drilled test shafts subjected to axial loads. Through comparisons of the results of load tests, it is found that the load-transfer function by the present study is in good agreement with the general trend observed by in situ measurements, and thus represents a significant improvement in the prediction of load transfer of drilled shafts.
This paper presented an investigation into steel tubes encased high-strength concrete (STHC) composite walls, wherein steel tubes were embedded at the boundary elements of high-strength concrete walls. A series of cyclic loading tests was conducted to evaluate the failure pattern, hysteresis characteristics, load-bearing capacity, deformability, and strain distribution of STHC composite walls. The test results demonstrated that the bearing capacity and ductility of the STHC composite walls improved with the embedding of steel tubes at the boundary elements. An analytical method was then established to predict the flexural bearing capacity of the STHC composite walls, and the calculated results agreed well with the experimental values, with errors of less than 10%. Finally, a finite element modeling (FEM) was developed via the OpenSees program to analyze the mechanical performance of the STHC composite wall. The FEM was validated through test results; additionally, the influences of the axial load ratio, steel tube strength, and shear-span ratio on the mechanical properties of STHC composite walls were comprehensively investigated.
The differential equations governing both the free vibrations and buckling loads of tapered beam-columns of circular cross-section with constant volume are derived and solved numerically. The effects of axial load are included in the differential equations. The parabolic equation is chosen as the variable radius of circular cross-section for the tapered beam-column. In numerical examples, the clamped-clamped, clamped-hinged and hinged-hinged end constraints are considered. The variations of the frequency parameters and buckling load parameters with the non-dimensional system parameters are presented in figures and the configurations of strongest columns are obtained.
High strength steel is widely used in industrial applications to improve the load-bearing capacity and reduce the overall weight and cost. To take advantage of the benefits of this type of steel in construction, an innovative hybrid fabricated member consisting of high strength steel tubes welded to mild steel plates has recently been developed. Component-scale uniaxial and multiaxial cyclic experiments have been conducted with simultaneous constant or varying axial compression loads using a multi-axial substructure testing facility. The structural interaction of high strength steel tubes with mild steel plates is investigated in terms of member capacity, strength and stiffness deterioration and the development of plastic hinges. The deterioration parameters of hybrid specimens are calibrated and compared against those of conventional steel specimens. Effect of varying axial force and loading direction on the hysteretic deterioration model, failure modes and axial shortening is also studied. Plate and tube elements in hybrid members interact such that the high strength steel is kept within its ultimate strain range to prevent sudden fracture due to its low ultimate to yield strain ratio while the ductile performance of plate governs the global failure mechanism. High strength material also significantly reduces the axial shortening in columns which prevents undesirable frame deformations.
Six shear-critical square tubed steel reinforced concrete (TSRC) columns using the high-strength concrete ($f_{cu,150}=86.6MPa$) were tested under constant axial and lateral cyclic loads. The height-to-depth ratio of the short column specimens was specified as 2.6, and the axial load ratio and the number of shear studs on the steel shape were considered as two main parameters. The shear failure mode of short square TSRC columns was observed from the test. The steel tube with diagonal stiffener plates provided effective confinement to the concrete core, while welding shear studs on the steel section appeared not significantly enhancing the seismic behavior of short square TRSC columns. Specimens with higher axial load ratio showed higher lateral stiffness and shear strength but worse ductility. A modified ACI design method is proposed to calculate the nominal shear strength, which agrees well with the test database containing ten short square TSRC columns with shear failure mode from this study and other related literature.
This study evaluated the effectiveness of V-shaped ties as an alternative to the supplementary crossties specified in ACI 318-14 on the flexural ductility of reinforced concrete columns. From column specimens tested under constant axial loads and reversed cyclic lateral loads, the mode of failure and lateral load-lateral displacement relationship were measured according to the variation of the applied axial load levels. After the columns reached the peak lateral load capacity, the $90^{\circ}$ hooks of the crossties gradually opened, which eventually caused premature buckling of the longitudinal reinforcement and severe crushing of the core concrete, whereas no V-ties were extracted from the core concrete until the column failure. As a result, the cumulative work damage indicators up to 80% of the peak lateral load for V-tie columns under the axial load level of 0.2, 0.4, and 0.55 was as much as 2.4, 2.3, and 5.2 times higher, respectively, than those of the companion crosstie columns. The superiority of the V-ties to the conventional crossties in enhancing the flexural ductility of columns became more prominent as the axial load level increases.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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