Park, Su Hee;Ryoo, Jae Yong;Chung, Kyung Soo;Choi, Sung Mo
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.19
no.6
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pp.703-714
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2007
The aim of this research is to evaluate the fire resistance of concrete-filled steel square tube columns (square CFT columns) under constant axial loads by numerical analysis. The authors examined the experimental results on the fire resistance of concrete-filled steel square tube columns without fire protection. As the materials of CFT columns, steel of SPSR 400 grade and concrete of 27.5MPa and 37.8MPa strengths were used. The significant parameters were determined, such as load ratio, cross-sectional dimensions, and concrete strength. Detailed analytical simulations of fire resistance and axial deformation showed good agreement with the experimental observations. Therefore, this numerical analysis exhibited a reasonable estimation of fire resistance of the square CFT column. Results of the numerical parametric studies showed that the fire resistance of the CFT columns increased with the decrease of the concrete strength and the increase of the cross-sectional dimensions about the constant axial load ratio ($N/N_c$).
Based on the heterogeneous characterization of concrete at mesoscopic level, Realistic Failure Process Analysis ($RFPA^{3D}$) code is used to simulate the failure process of concrete-filled tubular (CFT) stub columns. The results obtained from the numerical simulations are firstly verified against the existing experimental results. An extensive parametric study is conducted to investigate the effects of different concrete strength on the behaviour and load-bearing capacity of the CFT stub columns. The strength of concrete considered in this study ranges from 30 to 110 MPa. Both the load-bearing capacity and load-displacement curves of CFT columns are evaluated. In particular, the crack propagation during the deformation and failure processes of the columns is predicted and the associated mechanisms related to the increased load-bearing capacity of the columns are clarified. The numerical results indicate that there are two mechanisms controlling the failure of the CFT columns. For the CFT columns with the lower concrete strength, they damage when the steel tube yields at first. By contrast, for the columns with high concrete strength it is the damage of concrete that controls the overall loading capacity of the CFT columns. The simulation results also demonstrate that $RFPA^{3D}$ is not only a useful and effective tool to simulate the concrete-filled steel tubular columns, but also a valuable reference for the practice of engineering design.
The strength of steel in a concrete filled steel tube (CFT) is reduced in a fire, but the concrete filled structurally ensures the fire resistance due to its high thermal capacity. This research analyzed the fire resistance performance due to the variances of concrete strength filled inside of steel tube and the load ratios, which can influence on the fire resistance of CFT. As $280{\times}280{\times}6$ CFT columns with the concrete strengths of 24 MPa and 40 MPa and the axial load ratios of 0.9, 0.6, and 0.2 in accordance with KS F 2257-1 and 7 were heated with loading to examine the fire resistance performance, the fire resistance used to 24 MPa concrete showed 27, 113, and 180 minutes according to the axial load ratios, 0.9, 0.6, and 0.2 respectively. In case of 40 MPa concrete, the fire resistance were turned out to be 19 and 28 minutes for the axial load ratios, 0.9 and 0.6 respectively. The results of fire resistance with 40 MPa concrete showed the much lower fire resistance performance than those of 24 MPa concrete. In case of 40 MPa, the fire resistance performance was not increased significantly according to the axial load ratio than that of 24 MPa. The main reason why the higher concrete strength showed lower fire resistance than that of lower guessed the internal stress had the concrete strength weak.
Shin, Jae-Sang;Park, Hong-Wook;Cho, Seung-Ho;Lee, Sang-Hyun;Chung, Lan
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2009.05a
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pp.107-108
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2009
This is an experimental study on using the Honeycomb System show you the method of increasing ability of ductility and shear strength seismic performance to reinforced concrete column and masonry waist-high wall.
To prevent the explosive spalling of the high strength concrete and control the rise of temperature in the steel rebar during fire, a fiber cocktail method has been proposed simultaneously with the use of polypropylene and steel fiber. After applying the fiber cocktail (polypropylene and steel fibers) into the mixture of high strength concrete with a compressive strength of between 40 and 100 MPa and evaluating the thermal properties at elevated temperatures, the fire test was carried out on structural members in order to evaluate the fire resistance performance. Two column specimens were exposed to the fire without loading for 180 minutes based on the standard curve of ISO-834. No explosive spalling has been observed and the original color of specimen surface was changed to light pinkish grey. The inner temperature of concrete dropped rapidly starting from 60mm deep. After 60 minutes of exposure to the fire, the temperature gradient of fiber cocktail reinforced high strength concrete was measured as 2.2oC/mm, which is approximately 5 times less than that of normal concrete. The final temperatures of steel rebar after 180 minutes of fire test resulted in 488.0oC for corner rebar, 350.9oC for center rebar, and 419.5oC for total mean of steel rebar. The difference of mean temperature between corner and center rebar was 137.1oC The tendency of temperature rise in concrete and steel rebar changed between 100oC and 150oC The cause of decrease in temperature rise was due to the water vaporization in concrete, the lower temperature gradient of the concrete with steel and polypropylene fiber cocktails, the moisture movement toward steel rebars and the moisture clogging.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.04a
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pp.865-868
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2008
As a part of a series of study, this study reviewed the fire proof characteristics of high performance concrete RC column members using non-stripping form that accompanied metal lath lateral confinement to prevent spalling of high performance concrete which is increasingly used recently, and the results are as follows. Flow and air amount both satisfied target range, and compressive strength, over 80MPa at age 28 days, showed high strength range. As for spalling characteristics, in the case of plain in which no fiber is mixed, severe spalling occurred, and in the case of 0.05% nylon("NY" hereinafter)+polypropylene("PP" hereinafter) fiber mixture, only surface area experienced partial spalling. Regarding non-stripping form changes, both non-stripping 25-20 and non-stripping 50-20 experienced spalling at finish material area, and non-stripping 50-20 showed better spalling proof performance than non-stripping 25-20. In the case of non-stripping 50-40, spalling was prevented, and while mass reduction rate was less than 10%, its temperature hysteresis showed the most excellent fire proof performance with base metal surface area maximum temperature $376.1^{\circ}C$.
Although a compression splice length does not need to be longer than a tension splice length due to end bearing effect, current design codes impose a longer compression lap splice than a tension lap splice in high strength concrete. Hence, new criteria for the compression lap splice including concrete strength effect need to be found for economical design of ultra-high strength concrete. An experimental study has been conducted using column specimens with concrete strength of 80 and 100 MPa with transverse reinforcement. The test results showed that splice strengths improved when the amount of transverse reinforcement increased. However, end bearing strength did not increase when larger amount of transverse reinforcement is provided within the spliced zone. Therefore, the splice strength enhancement was attributed to the improvement of bond. From regression analysis of 94 test results including specimens made with concrete strength of 40 and 60 MPa, a new design equation is proposed for compression lap splice in the concrete compressive strength ranging from 40 to 100 MPa with transverse reinforcement. By using the proposed equation, the incorrect design equations for lap splice lengths in tension and compression can be corrected. In addition, the equation has a reliability equivalent to those of the specified strengths of materials.
A various structural materials are used in construction projects such as a stone, concrete, steel materials. Between of them, concrete are used widely. The compressive strength of concrete is high, and its maintenance and management is comparatively easy. The R.C Building will be superannuated as time passes. This program is generated by propagation of cracks. In order to manage such cracks, time and efforts, expense, etc. are required. In this study, glass sensors were embedding in a model beam and column and leakage of fluorescence and adhesive material was investigated. Further, currents in glass pipe were observed to find the leakage of liquid in glass pipes. Progressive cracks generated by cause the fracture of glass pipes. Therefore, the liquid become to flow and electric current stops, and the cracked part of the member can be found easily. Moreover, the adhesive delays progressive cracking system that responds in air, and the life of a structure can be made to extend. The purpose of this research is to develop of low price sensors that can perform of self-diagnosis in addition to ability of concrete repair concrete to damage.
Ji, Xiaodong;Zhang, Mingliang;Kang, Hongzhen;Qian, Jiaru;Hu, Hongsong
Earthquakes and Structures
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v.7
no.2
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pp.179-199
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2014
The steel tube-reinforced concrete (ST-RC) composite column is a novel type of composite column, consisting of a steel tube embedded in reinforced concrete. The objective of this paper is to investigate the effect of cumulative damage on the seismic behavior of ST-RC columns through experimental testing. Six large-scale ST-RC column specimens were subjected to high axial forces and cyclic lateral loading. The specimens included two groups, where Group I had a higher amount of transverse reinforcement than Group II. The test results indicate that all specimens failed in a flexural mode, characterized by buckling and yielding of longitudinal rebars, failure of transverse rebars, compressive crushing of concrete, and steel tube buckling at the base of the columns. The number of loading cycles was found to have minimal effect on the strength capacity of the specimens. The number of loading cycles had limited effect on the deformation capacity for the Group I specimens, while an obvious effect on the deformation capacity for the Group II specimens was observed. The Group I specimen showed significantly larger deformation and energy dissipation capacities than the corresponding Group II specimen, for the case where the lateral cyclic loads were repeated ten cycles at each drift level. The ultimate displacement of the Group I specimen was 25% larger than that of the Group II counterpart, and the cumulative energy dissipated by the former was 2.8 times that of the latter. Based on the test results, recommendations are made for the amount of transverse reinforcement required in seismic design of ST-RC columns for ensuring adequate deformation capacity.
The compressive behavior of special-shaped concrete filled tube (CFT) mega column coupled with multiple cavities is studied by testing six columns subjected to cyclically uniaxial compressive load. The six columns include three pentagonal specimens and three hexagonal specimens. The influence of cavity construction, arrangement of reinforcement, concrete strength on failure feature, bearing capacity, stiffness, and residual deformation is examined. Experimental results show that cavity construction and reinforcements make it possible to form a combined confinement effect to in-filled concrete, and the two groups of special-shaped CFT columns show good elastic-plastic compressive behavior. As there is no axial bearing capacity calculation method currently available in any Code of practice for special-shaped CFT columns, values predicted by normal CFT column formulas in GB50936, CECS254, ACI-318, EC4, AISCI-LRFD, CECS159, and AIJ are compared with tested values. The calculated values are lower than the tested values for most columns, thus the predicted bearing capacity is safe. A reasonable calculation method by dividing concrete into active and inactive confined regions is proposed. And high accuracy shows in estimating special-shaped CFT columns either coupled with multiple cavities or not. In addition, a finite element method (FEM) analysis is conducted and the simulated results match the test well.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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