Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2004.11a
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pp.553-556
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2004
This paper is to investigate the spalling and fire endurance of high performance RC column member with PP fiber and lateral confinement of metal lath and non fire resistance removal type form. According to test results, combination of PP fiber and metal lath as well as use fire resistance non removal type form had favorable fire resistance by discharging internal vapour pressure and lateral confining. After fire endurance test, compressive strength decreased markedly caused by internal expansion pressure and crack. Residual strength of plain concrete was decreased to $22\%$. The use of PP fiber and lateral confinement of metal lath and non removal type form enhanced the residual strength above $40\%$. Especially, the combination of $0.1\%$ of PP fiber and lateral confinement with the level of 2.3T exhibited more than $51\%$ of residual strength. Therefore, to improve fire endurance and spalling resistance, the combination of $0.1\%$ of PP fiber and metal lath with 2.3T can be the proper measure.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2006.05b
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pp.29-32
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2006
The techniques related to ultra-high strength concrete(UHSC) became the key issue in recent days since requirements of the high-rise building which story is over than 100 gradually increases. Therefore, for the development of 150MPa UHSC this research is generally categorized by 4 parts: development of pre-mixed binders, evaluation for the fire performance of coarse aggregate, optimization of the mixture proportion, and mock-up test. Finally, based on the optimized mixture and its laboratory tests, mock-up test for wall and column specimens were carried out to simulate and evaluate the UHSC in real situation. The mechanical properties of core specimens were compared with the cylinder specimens made in laboratory. For instance, it showed the reasonable the results that the strength at the age of 91 days is 183MPa.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.11a
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pp.257-260
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2008
The heat resistance of steel materials tends to weaken due to its high heat transfer properties, which might result in deteriorated strength because of rapidly rising temperature on surface in a fire. Particularly in case of CFT column that bears tensile stress of the structure on its external steel members, a numerical analysis on deterioration of strength and variation of stress shall be first carried out to ensure the structure will have sufficient fire resistance. In the study, based on values obtained from the high temperature material property test of steel materials and concrete, the test to forecast the fire behavior of CFT column was conducted using a finite element analysis method (ABAQUS). An Analysis in a bid to predict the heat transfer and the behavior characteristics by varying the strength of the concrete filled to the range of 40MPA and 50MPA was carried out. As a result of analysis of CFT column on condition of 180-minute exposure under the standard fire condition, 123mm of strain appeared with 40MPA model, while 91mm contraction with 50MPA model.
The precast concrete beam-column connectors to retrofit an apartment building were investigated experimentally. Five precast concrete beam-column connectors were considered to develop a modified model which was adapted to domestic construction conditions from the DDC(dywidag ductile connection) of Germany. Special H-shape steel hardware was used to decrease the width of column and beams for the construction of external frames in apartments. It was found that the DDC had high joint strength and ductility, however failed in inclined shear crackings in the columns. The modified one showed better behaviors in tests because they did not show critical column crackings at failure. The test result of modified one with grouting was compared to that of the one without grouting within the duct. The one with grouting showed higher strength and ductility in failure than that without grouting.
A building structural system of moment resisting frame (MRF) with concrete filled steel tubular (CFST) columns and wide flange H beams, is one of the most conveniently constructed structural systems. However, there were few studies on evaluating seismic performance of full-scale CFST columns under high axial compression. In addition, some existing famous design codes propose various limits of width-to-thickness ratio (B/t) for steel tubes of the ductile CFST composite members. This study was intended to investigate the seismic behavior of CFST columns under high axial load compression. Four full-scale square CFST column specimens with a B/t of 42 were carried out that were subjected to horizontal cyclic-reversal loads combined with constantly light, medium and high axial loads and with a linearly varied axial load, respectively. Test results revealed that shear strength and deformation capacity of the columns significantly decreased when the axial compression exceeded 0.35 times the nominal compression strength of a CFST column, P0. It was obvious that the higher the axial compression, the lower both the shear strength and deformation capacities were, and the earlier and faster the shear strength degradation occurred. It was found as well that higher axial compressions resulted in larger initial lateral stiffness and faster degradation of post-yield lateral stiffness. Meanwhile, the lower axial compressions led to better energy dissipation capacities with larger cumulative energy. Moreover, the study implied that under axial compressions greater than 0.35P0, the CFST column specimens with B/t limits recommended by AISC 360 (2016), ACI 318 (2014), AIJ (2008) and EC4 (2004) codes do not provide ultimate interstory drift ratio of more than 3% radian, and only the limit in ACI 318 (2014) code satisfies this requirement when axial compression does not exceed 0.35P0.
Jian-Tao Wang;Yue Wei;Juan Wang;Yu-Wei Li;Qing Sun
Steel and Composite Structures
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v.49
no.4
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pp.441-456
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2023
Aiming at the development trend of light weight and high strength of engineering structures, this paper experimentally investigated the seismic performance of circular-in-square high-strength concrete-filled double skin steel tubular (HCFDST) stub columns with out-of-code width-to-thickness (B/t) ratios. Typical failure mode of HCFDST stub columns appeared with the infill material crushing, steel fracture and local buckling of outer tubes as well as the inner buckling of inner tubes. Subsequently, the detailed analysis on hysteretic curves, skeleton curves and ductility, energy dissipation, stiffness degradation and lateral force reduction was conducted to reflect the influences of hollow ratios, axial compression ratios and infill types, e.g., increasing hollow ratio from 0.54 to 0.68 and 0.82 made a slight effect on bearing capacity compared to the ductility coefficients; the higher axial compression ratio (e.g., 0.3 versus 0.1) significantly reduced the average bearing capacity and ductility; the HCFDST column SCFST-6 filled with concrete obviously displayed the larger initial secant stiffness with a percentage 34.20% than the column SCFST-2 using engineered cementitious composite (ECC); increasing hollow ratios, axial compression ratios could accelerate the drop speed of stiffness degradation. The out-of-code HCFDST stub columns with reasonable design could behave favorable hysteretic performance. A theoretical model considering the tensile strength effect of ECC was thereafter established and verified to predict the moment-resisting capacity of HCFDST columns using ECC. The reported research on circular-in-square HCFDST stub columns can provide significant references to the structural application and design.
Geopolymer concrete (GPC), which is recognised as an environmentally friendly alternative to ordinary Portland cement (OPC) concrete, has been reported to possess high fire resistance. However, very limited research has been conducted to investigate the behaviour of geopolymer concrete-filled steel tubular (GCFST) columns at either ambient or elevated temperatures. This paper presents the compressive test results of a total of 15 circular concrete-filled steel tubular (CFST) stub columns, including 5 specimens tested at room temperature, 5 specimens tested at elevated temperatures and the remaining 5 specimens tested for residual strength after exposure to elevated temperatures. The main variables in the test program include: (a) concrete type; (b) concrete strength; and (c) curing condition of geopolymer concrete. The test results demonstrate that GCFST columns have similar ambient temperature behaviour compared with the conventional CFST counterparts. However, GCFST columns exhibit better fire resistance than the conventional CFST columns. Meanwhile, it is found that the GCFST column made with heat cured GPC has lower strength loss than other columns after exposure to elevated temperatures. The research results highlight the possibility of using geopolymer concrete to improve the fire resistance of CFST columns.
With the increase of the skyscraper center, the development of large-diameter and high-strength reinforcing bars is being carried out to solve the dense reinforcement. In case of the steel reinforced concrete with a small cross section such as beam-column joints, the development length becomes short when straight bars are used. Therefore, it is possible to solve the problem that the development length becomes short by using the bearing strength of the hooked bar and headed bar. In this study, the exterior beam-column joint test of SD700 hooked bar and headed bar with anchorage length of 20db was conducted to extend the development length limitation of hooked bar and headed bar. As a result of the evaluation of the anchorage strength using the design equation by KCI, the average of the [measured value]/[predicted value] ratio was 1.31 for the hooked reinforcing bars. In the case of headed bars, the average of the [measured value]/[predicted value] ratio was 1.12. In addition, in order to compare the anchorage performance of the hooked bar and the headed bar, the measured values were divided by the square root of the compressive strength of the concrete to compare the anchorage strength. Under the same conditions, the anchorage strength of headed bars was 8.5% higher than the hooked bars.
In structural engineering practice, understanding the performance of composite columns under extreme loading conditions such as high-rise bulding, long span and heavy loads is essential to accuratly predicting of material responses under severe loads such as fires or earthquakes. Hitherto, the combined effect of partial axial loads and subsequent elevated temperatures on the performance of hollow steel column filled fly ash concrete have not been widely investigated. Comprehensive test was carried out to investigate the effect of elevated temperatures on partial axially loaded square hollow steel column filled fly ash concrete as reported in this paper. Four batches of hollow steel column filled fly ash concrete ( 30 percent replacement of fly ash), (HySC) and normal concrete (CFHS) were subjected to four different load levels, nf of 20%, 30%, 40% and 50% based on ultimate column strength. Subsequently, all batches of the partially damage composite columns were exposed to transient elevated temperature up to 250℃, 450℃ and 650℃ for one hour. The overall stress - strain relationship for both types of composited columns with different concrete fillers were presented for each different partial load levels and elevated temperature exposure. Results show that CFHS column has better performance than HySC at ambient temperature with 1.03 relative difference. However, the residual ultimate compressive strength of HySC subjected to partial axial load and elevated temperature exposure present an improvement compared to CFHS column with percentage difference in range 1.9% to 18.3%. Most of HySC and CFHS column specimens failed due to local buckling at the top and middle section of the column caused by concrete crushing. The columns failed due to global buckling after prolong compression load. After the compression load was lengthened, the columns were found to fail due to global buckling except for HySC02.
본 연구에서는 철근콘크리트 기둥의 거동을 예측하기 위하여 층상화 방법을 이용한 유한요소 해석방법이 제안되었다. 콘크리트의 강도와 철근비가 기둥의 극한강도와 거동에 미치는 영향을 규명하기 위하여 세장비가 10, 60, 100인 정방형 단면(80$\times$80mm)을 갖는 30개의 기둥에 대하여 실험을 수행하였다. 이때, 콘크리트의 강도는 25.5, 63.5, 86.2MPa로, 철근비는 1.98, 3.95%로 변화시켰다. 또한, 단부조건은 양단힌지로 하고, 편심량은 기둥은 양단에서 같은 방향으로 24mm로 동일하게 하였다. 본 연구에서 제안된 해석방법은 철근콘크리트 기둥의 거동을 잘 예측하며, ACI의 모멘트 확대계수법은 고강도 콘크리트 장주에 대해서는 안전측이 아닌 것으로 나타났다. 콘크리트의 강도가 기둥의 극한강도에 미치는 영향은 기둥의 세장비가 증가할수록 감소하였으며, 콘크리트의 강도가 커질수록 세장기둥의 좌굴파괴 가능성은 증가하였다. 또한, 철근비를 증가시킬 경우, 기둥의 축력이 최대가 될 때의 모멘트가 증가되었으며, 기둥의 극한강도 증가량은 단주보다는 장주에서 더 크게 나타났다. 철근비 증가에 의해 나타나는 이러한 기둥의 극한강도 증가량과 모멘트 증가량은 콘크리트의 강도가 커질수록 증대되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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