Hollow reinforced concrete columns confined with GFRP tubes (GRCH) are composite members composed of the outer GFRP tube, the PVC or other plastic tube as the inner tube, and the reinforced concrete between two tubes. Because of their high ductility, light weight, corrosion resistance and convenient construction, many researchers pay attention to the composite members. However, there are few studies on GRCH members under eccentric compression compared with those under axial compression. Eight hollow columns were tested under eccentric compression, including one axial compression column and seven eccentric compression columns. The failure modes and force mechanisms of GRCH members were analyzed, considering the varying in hollow ratio, reinforcement ratio and eccentricity. The test results showed that configuring steel bars can greatly increase the bearing capacity and ductility of the members. Each component (GFRP tube, concrete, steel bar) had good deformation coordination and the strength of each material could be fully utilized. But for specimens with larger eccentricity ratio (er=0.4) and larger hollow ratio (χ=0.55), the restraining effect of GFRP tube on concrete was significantly decreased.
In an experimental and analytical study on the structural behavior of slender circular steel-concrete composite columns, eleven specimens were tested to investigate the effects of three ways to apply a load to a column. The load was applied eccentrically to the concrete section, to the steel section or to the entire section. Three-dimensional nonlinear finite element models were established and verified with the experimental results. The analytical models were also used to study how the behavior of the column was influenced by the bond strength between the steel tube and the concrete core and the by confinement of the concrete core offered by the steel tube. The results obtained from the tests and the finite element analyses showed that the behavior of the column was greatly influenced by the method used to apply a load to the column section. When relying on just the natural bond, full composite action was achieved only when the load was applied to the entire section of the column. Furthermore, because of the slenderness effects the columns did not exhibit the beneficial effects of composite behavior in terms of increased concrete strength due to the confinement.
The concrete filled steel tubular column have to superior in compressive load carrying capacity, compared with same section typed hollow steel tube column, and have many excellent structural properties, such as stiffness improvement by filled concrete, improvement of ductility by reinforced effect of local buckling, and the like. However, it has not clear the effect of interaction between steel tube and filled concrete, stress portion ratio and fracture mechanism of concrete. This study investigated to structural properties for high strength concrete filled steel tube column by loading conditions through a series of experiments. Especially, this study investigated the properties of structural behaviors for concrete filled steel tube column stress ratio by loading conditions and failure mechanism of filled concrete.
The objective of this study is to investigate the structural character of the buckling strength of 600MPa-class high-strength steel compression members. The buckling strength of circular hollow-section columns is evaluated by a numerical analysis of the stress-strain curves of the tension test results. The numerical analysis was based on the beam-column theory and the tangent modulus theory. It was considered possible to enlarge the nominal yield strength of the 600MPa-class steel.
Wang, Jun;Liu, Weiqing;Zhou, Ding;Zhu, Lu;Fang, Hai
Steel and Composite Structures
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v.17
no.4
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pp.431-452
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2014
The present study focuses on the mechanical behaviour of concrete filled double skin steel tubular (CFDST) stub columns confined by fiber reinforced polymer (FRP). A series of axial compression tests have been conducted on two CFDST stub columns, eight CFDST stub columns confined by FRP and a concrete-filled steel tubular (CFST) stub column confined by FRP, respectively. The influences of hollow section ratio, FRP wall thickness and fibre longitudinal-circumferential proportion on the load-strain curve and the concrete stress-strain curve for stub columns with annular section were discussed. The test results displayed that the FRP jacket can obviously enhance the carrying capacity of stub columns. Based on the test results, a new model which includes the effects of confinement factor, hollow section ratio and lateral confining pressure of the outer steel tube was proposed to calculate the compressive strength of confined concrete. Using the present concrete strength model, the formula to predict the carrying capacity of CFDST stub columns confined by FRP was derived. The theoretically predicted results agree well with those obtained from the experiments and FE analysis. The present method is also adapted to calculate the carrying capacity of CFST stub columns confined by FRP.
Han, Seung Ryong;Lim, Nam Hyoung;Kang, Young Jong;Lee, Gyu Sei
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.15
no.1
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pp.1-8
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2003
In locations where the cost of concrete is relatively high or in situations where the weight of concrete members has to be kept to a minimum, it may be more economical to use hollow reinforced concrete vertic al members. Hollow reinforced concrete colun-ms with a low axial load, a 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. Hollow reinforced concrete columns with a high axial load, a high longitudinal steel percentage, and a thin wall were found, however, 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 through the disintegration of the concrete in the compression zone. A design recommendation and example through the moment-curvature analysis program for curvature ductility are herein presented. A theoretical moment-curvature analysis for reinforced concrete columns, indicating the available flexural strength and ductility, can be conducted, providing that 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 foi members with circular sections.
Square hollow section columns and H-section beams have recently been increasing1y used. Rigid column-beam connections cannot be made for the structural system and thus some measures to improve the rotational stiffness of connections should be developed. For this purpose, several types of connections. such as H-section beams connected to concrete-filled square hollow section columns, have been contrived and put to experiment. Since the experimental works are usually difficult and expensive. Particularly test of all the types of connections with similar behavior may not be feasible. Instead, the numerical analysis will be adopted predict the flexural stiffness of connections. In this work, FEM modeling techniques are examined and parametric analysis study has been carried out. The major parameters considered are concrete strength, thickness of steel column, magnitude and eccentricity of axial forces.
Steel columns used in steel buildings are inclined to lose their strength when exposed to severe fire conditions, so fire resistance is required in most countries to protect against loss of life and building collapses. In Korea, the fire resistance of columns can be obtained by the fire test defined in KS F 2257-1, 7. The fire resistance of a steel column should be evaluated in terms of the column's conditions, such as various section types (H-section, hollow-section), the column's length and boundary conditions, and whether it is fixed or hinged. However, fire testing of steel columns is usually conducted on one standard-sized H-section over 3,000 mm, and the result is used as the column's fire resistance. This is not a reasonable way to ensure that a building can withstand fire conditions. In this study, to evaluate the possibility of calculating the fire resistance of steel columns with material properties of high tensile strength of SS 400, both load-bearing fire tests and calculation of steel temperatures were carried out. The results of temperature calculation were very similar to those obtained by fire test.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.20
no.6
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pp.46-55
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2016
Three small scale hollow circular reinforced concrete columns(4.5 aspect ratio) were tested under cyclic lateral load with constant axial load. Diameter of section is 400 mm, hollow diameter is 200 mm. The selected test variable are transverse steel ratio. Volumetric ratio of spirals of all the columns is 0.302~0.604% in the plastic hinge region. It corresponds to 45.9~91.8% of the minimum requirement of confining steel by Korean Bridge Design Specifications, which represent existing columns not designed by the current seismic design specifications or designed by seismic concept. The final objectives of this study are to provide quantitative reference data and tendency for performance or damage assessment based on the performance levels such as cracking, yielding, steel fracture, etc. In this paper, describes mainly failure behavior, strength degradation behaviour, displacement ductility of circular reinforced concrete bridge columns with respect to test variables.
Shahraki, Mehdi;Sohrabi, Mohammad Reza;Azizyan, Gholamreza;Narmashiri, Kambiz
Steel and Composite Structures
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v.30
no.1
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pp.69-79
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2019
Numerous problems have always vexed engineers with buckling, corrosion, bending, and over-loading in damaged steel structures. The present study aims to study the possible effects of Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) for strengthening deficient Steel Square Hollow Section (SHS) columns. To this end, the effects of axial loading, stiffness values, axial displacement, the shape of deficient on the length of steel SHS columns were evaluated based on a detailed parametric study. Ten specimens were tested to failure under axial compression in laboratory and simulated by using Finite Element (FE) analysis based on numerical approach. The results indicated that the application of CFRP sheets resulted in reducing stress in the damage location and preventing or retarding local deformation around the deficiency location appropriately. In addition, the retrofitting method could increase loading the carrying capacity of specimens.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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