Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.6
no.3
s.21
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pp.69-76
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2006
Concrete Filled Steel Tube (CFT) system is advantageous because it increases the load-carrying capacity without increasing the size of column. However CFT system has many benefits, it is not applied to field generally because of its heavyweight and difficulty of concrete filling method. As a solution to these problems, we proposed concrete filled steel tube column with hollow made by factory-manufactured PC method. The hollow concrete filled steel tube system is expected to obtain the high strength and high capacity of deformation despite it is a lightweight. This study deals with mechanical properties, strength and deformation, of hollow concrete filled steel tube subjected to axial load. 9 specimens were tested to examine mechanical properties closely, and the following results were obtained: All specimens basically showed higher initial rigidity and maximum strength with increased concrete filling rate. And most specimens showed almost linear behavior until around 80% of maximum strength regardless of filling rate, it is estimated that the elastic range is up to a half of the maximum strength which is the yield strength level.
In locations where the cost or concrete is relatively high, or in situations where the weight or concrete members is to be kept to a minimum, it may be economical to use hollow reinforced concrete vertical members. Hollow reinforced concrete columns with low axial load, moderate longitudinal steel percentage, and a reasonably thick wall were found to perform in a ductile manner at the flexural strength, similar to solid columns. However, hollow reinforced concrete columns with high axial load, high longitudinal steel percentage, and a thin wall were found to behave in a brittle manner at the flexural strength, since the neutral axis is forced to occur away from the inside face of the tube towards the section centroid and, as a result, crushing of concrete occurs near the unconfined inside face of the section. If, however, a steel tube is placed near the inside face of a circular hollow column, the column can be expected not to fail in a brittle manner by disintegration of the concrete in the compression zone. Design recommendation and example by moment-curvature analysis program for curvature ductility are presented. Theoretical moment-curvature analysis for reinforced concrete columns, indicating the available flexural strength and ductility, can be conducted providing the stress-strain relation for the concrete and steel are known. In this paper, a unified stress-stain model for confined concrete by Mander is developed for members with circular sections.
A numerical model is presented to simulate the mechanical behaviour of composite steel and concrete columns taking into account the interaction between the hollow steel section and the concrete core. The model, based on displacement finite element methods with an Updated Lagrangian formulation, allows for geometrical and material non linearities combined with heating over all or a part of the section and column length. Comparisons of numerical calculations made using the model with 33 fire resistance tests show that the model is able to predict the fire resistance, expressed in minutes of fire exposure, of composite columns with a good accuracy.
Column-to-beam pinned connections can cause local moment to the web of a steel tube due to the distance of eccentricity between the row of bolts and the column flange, which possibility deteriorates the load capacity of column. In this study, a square hollow section tubular used finite element analysis of a square hollow section tubular column was carried out, and the column width and thickness, existence and non-existence of internal reinforcement, and existence and non-existence of compressive force were taken as variables to examine the load capacity deterioration of a square column caused by moment. To guarantee the reliability of the finite element results, some specimens were fabricated and tested. The yield line method was applied to suggest the strength formulas of the square tubular column to the beam pinned connections. Based on the study results, the column strength the moment of the square hollow section tubular column to the beam pined connections improved with the increase in the w to strength limitations, a no-reinforcement type of square hollow section tubular column was proposed, and if the limitation values were not satisfied, the reinforcement of the internal column was made mandatory. Therefore, the horizontal -reinforcement type considered the strength increase, and the fabrication of the square hollow section tubular column was ar column that considered its load capacity with the moment for the no-reinforcement and the horizontal-reinforcement types.
Lee, Jeonghwa;Byun, Namju;Kang, Young Jong;Won, Deok Hee;Kim, Seungjun
Steel and Composite Structures
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v.43
no.4
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pp.431-445
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2022
A double-skinned composite tubular (DSCT) column, which is an internally confined concrete-filled tubular column with a hollow section, has been developed for efficient use of materials that reduce self-weight and enhance seismic performance. It exhibits excellent material behavior with ductility owing to the confinement induced by outer and inner steel tubes. This study conducted axial compression tests considering the effects of steel tube thickness and hollow diameter ratios of DSCT columns on the material behavior of confined concrete under pure axial compression on concrete cores. From the axial compression tests, various combinations of outer and inner tube thicknesses and two different hollow section ratios were considered. Additionally, confined concrete material behavior, axial strength, failure modes, and ductility of DSCT columns were evaluated. Based on this study, it was concluded that the tests show a good correlation with peak strength and shapes of nonlinear stress-strain curves presented in literature; however, the thinner outer and inner steel tubes may reduce the ductility of DSCT columns when using thinner outer and inner tubes and higher confined stress levels. Finally, the minimum thickness requirements of the steel tubes for DSCT columns were discussed in terms of strength and ductility of test specimens.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2012.05a
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pp.331-332
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2012
Structural steel has been used as a primary materials to columns and beams since 1960's in Korea with an advantages of excellent of load-bearing capacity and design flexibility, and faster construction. However, if the steel columns made of structural steel exposed to fire the load-bearing capacity is going down steadily and finally reach to collapse. Therefore, building regulation requires fire resistance according to building occupation, scales. The fire resistance can be evaluated two categories. One is prescriptive method that is based on building regulation, specification and so on and the other is performance-based fire engineering method. The latter can be designed based on scientific and engineering consequences. The easiest evaluation way using the fire engineering design is comparing to the limiting temperature and maximum temperature calculated based on heat transfer theory. If the limiting temperature of a column exceeds the maximum temperature of it, the column can carry the load during the fire. Therefore, the database of limiting temperature is very essential for evaluation of column. In this paper, to build the database of column made of rectangular hollow sections 8 fire tests with loading were conducted and the relation between the limiting temperature and the applied loads showed in reverse proportion.
A series of tests was performed to consider the behaviour of short composite columns under axial compressive loading, covering a range of S275 and S355 grade steel square hollow section filled with normal and high strength concrete. The interaction between the steel and the concrete component is considered and the results show that concrete shrinkage has an effect on the axial strength of the column. Comparisons between Eurocode 4, ACI-318 and the Australian Standards with the findings of this research were made. Result showed the equation used by the ACI-318 and the proposed Australian Standards gave better predication for the axial capacity of concrete filled SHS columns than the Eurocode 4.
Hwang, Won Sup;Park, Yong Myung;Choi, Won Kyong;Kim, Young Pil
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.14
no.3
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pp.433-441
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2002
This study present the stressdistribution of circular column-box beam connection in steel piers. Experiments were carried out for hollow and concrete filled connections, depending on the joint angle. To determine vertical and shear stress distribution, this study examined the equivalent web depth dc' that is mainly used in existing design equation. Lidewise, as additional equivalent web depth was introduced. Stress values that were calculated using equivalent wev depth were also compared with the test stress value. Results showed that stresses of hollow and filled connections have great differences. However, dc' has a limitation for some joint angles. Likewise, stress of filled connection was less than that of the hollow connection. The test value of filled connection was also compared with design equations that were introduced from the hollow connection.
In this study, cyclic loading tests were conducted to assess the seismic performance of cast-in-place (CIP) concrete-filled hollow core precast concrete columns (HPCC) constructed using steel ducts and rubber tubes. The outer shells of HPCC, with a hollow ratio of 47%, were fabricated using steel ducts and rubber tubes, respectively. Two combinations of shear studs & long threaded bars or cross-deformed bars & V-ties were employed to ensure the structural integrity of the old concrete (outer shell) and new CIP concrete. Up to a drift ratio of 3.8%, the hysteresis loop, yielding stiffness, dissipated energy, and equivalent damping ratio of the HPCC specimens were largely comparable to those of the solid columns. Besides the similarities in cyclic load-displacement responses, the strain history of the longitudinal bars and the transverse confinement of the three specimens also exhibited similar patterns. The measured maximum moment exceeded the predicted moment according to ACI 318 by more than 1.03 times. However, the load reduction of the HPCC specimen after reaching peak strength was marginally greater than that of the solid specimen. The energy dissipation and equivalent damping ratios of the HPCC specimens were 20% and 25% lower than those of the solid specimen, respectively. Taking into account the overall results, the structural behavior of HPCC specimens fabricated using steel ducts and rubber tubes is deemed comparable to that of solid columns. Furthermore, it was confirmed that the two combinations for securing structural integrity functioned as expected, and that rubber air-tubes can be effectively used to create well-shaped hollow sections.
The sectional dimensions and initial crookedness of the RHS(rectangular hollow section, ${\boxe}-75{\times}75{\times}3.2,\;{\boxe}-100{\times}100{\times}4.2,\;{\boxe}-125{\times}125{\times}6.0$) were measured. The axial compressive strength tests for columns with slenderness $46{\sim}84$ were performed as well as stub tests and tensile tests. FEM analysis was also used. The measurement shows that the errors of sectional dimensions are negligible. For the column length corresponding to ${\lambda}=100$, the initial crookedness with the 2.5% probability estimated from the measured results is 1/490, 1/1121 1/1395 for each section respectively. The yield strengths obtained from tensile test are higher than the specified minimum value by more than 30%. The column test shows that the maximum axial resistances are almost same as, or a little higher than the FEM results and the specified strength curves of AISC Specification and Eurocode, when the maximum strengths from the stub tests are used as the yield strength of the steel. But the test results show much higher column strength than those specified in the Standard and Code, when the specified minimum yield strength of the steel is used.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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