Patel, Vipulkumar Ishavarbhai;Liang, Qing Quan;Hadi, Muhammad N.S.
Interaction and multiscale mechanics
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v.5
no.2
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pp.91-104
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2012
There is relatively little numerical study on the behavior of eccentrically loaded high strength rectangular concrete-filled steel tubular (CFST) slender beam-columns with large depth-to-thickness ratios, which may undergo local and global buckling. This paper presents a multiscale numerical model for simulating the interaction local and global buckling behavior of high strength thin-walled rectangular CFST slender beam-columns under eccentric loading. The effects of progressive local buckling are taken into account in the mesoscale model based on fiber element formulations. Computational algorithms based on the M$\ddot{u}$ller's method are developed to obtain complete load-deflection responses of CFST slender beam-columns at the macroscale level. Performance indices are proposed to quantify the performance of CFST slender beam-columns. The accuracy of the multiscale numerical model is examined by comparisons of computer solutions with existing experimental results. The numerical model is utilized to investigate the effects of concrete compressive strength, depth-to-thickness ratio, loading eccentricity ratio and column slenderness ratio on the performance indices. The multiscale numerical model is shown to be accurate and efficient for predicting the interaction buckling behavior of high strength thin-walled CFST slender beam-columns.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.13
no.1
s.53
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pp.135-144
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2009
The present paper represents experimental studies on the performance of concrete filled FRP columns. Eight scale-down specimens were conducted by quasi-static cyclic loading test. FRP thickness, concrete strength, horizontal rebar ratio, and diameter were selected as test parameters. The capacities of ductility for cyclic loading was evaluated and the damping ratio and failure mode from the stiffness reduction of each test specimen were compared.
The squash strength and design strength are smaller than the experimental strength of square shaped concrete-filled steel tubular columns in a short concentrically loaded column. This study presents an evaluation procedure accounting for the confining effect of concrete. For the purpose of evaluating a confining effect of concrete, the 3D finite element method was used. The influence of parameters, width-thickness ratios, strength of the concrete and the yield strength of the steel, were examined. The suggested evaluation procedure that assembled three parameters was compared with previous experimental results. Also, the tendency of the confining effect of concrete was examined in the three types of load application.
The use of reinforced concrete (RC) shear wall with concrete filled steel tube (CFST) columns and steel fiber reinforced concrete (SFRC) shear wall has aroused widespread attention in recent years. A new shear wall, named SFRC shear wall with CFST columns, is proposed in this paper, which makes use of CFST column and SFRC shear wall. Six SFRC shear wall with CFST columns specimens were tested under cyclic loading. The effects of test parameters including steel fiber volume fraction and concrete strength on the failure mode, strength, ductility, rigidity and dissipated energy of shear wall specimens were investigated. The results showed that all tested shear wall specimens exhibited a distinct shear failure mode. Steel fibers could effectively control the crack width and improve the distribution of cracks. The load carrying and energy dissipation capacities of specimens increased with the increase of steel fiber volume fraction and concrete strength, whilst the ductility of specimens increased with the increase of steel fiber volume fraction and the decrease of concrete strength.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2004.04a
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pp.471-478
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2004
The behavior of stocky concrete-filled glass fiber reinforced polymer(GFRP) tubes was studied experimentally and analytically The behavior is focused on the confining action of GRFP tube against concrete. In the experimental work, extensive tensile tests for GFRP tubes which have various fiber lay-out were conducted. And, also short length concrete filled GFRP tubes which have various tube thickness, diameter, and length were tested. In the analytical work, equations to describe the compressive stresses and strains at failure, as well as the entire stress-strain curve of the GFRP tubes were developed. A comparison between the experimental results and those of analytical results indicate that the proposed model provides satisfactory predictions for the compressive strengths, strains at failure, and stress-strain responses.
This paper conducted both numerical and theoretical studies to investigate the composite action of notched circular concrete-filled steel tubular (CFT) stub columns under axial compression and established a theoretical method to predict their ultimate bearing capacity. 3D finite element (FE) analysis was conducted to simulate the composite action and the results were in good agreement with experimental results on circular CFT stub columns with differently oriented notches in steel tubes. Parametric study was conducted to understand the effects of different parameters on the mechanical behavior of circular CFT stub columns and also the composite action between the steel tube and the core concrete. Based on the results, a theoretical formula was proposed to calculate the ultimate bearing capacity of notched CFT stub columns under compression with consideration of the composite action between the steel tube and the core concrete.
Concrete-filled steel tubes (CFSTs) are increasingly used as composite sections in structures owing to their excellent load bearing capacity. Therefore, predicting the mechanical behavior of CFST sections under axial compression loading is vital for design purposes. This paper presents the first study on the nonlinear analysis of heated CFSTs with high-strength concrete core containing steel fiber and waste tire rubber under axial compression loading. CFSTs had steel fibers with 0, 1, and 1.5% volume fractions and 0, 5, and 10% rubber particles as sand alternative material. They were subjected to 20, 250, 500, and 750℃ temperatures. Using flow rule and analytical analysis, a model is developed to predict the load bearing capacity of steel tube, and hoop strain-axial strain relationship, and axial stress-volumetric strain relationship of CFSTs. An elastic-plastic analysis method is applied to determine the axial and hoop stresses of the steel tube, considering elastic, yield, and strain hardening stages of steel in its stress-strain curve. The axial stress in the concrete core is determined as the difference between the total experimental axial stress and the axial stress of steel tube obtained from modeling. The results show that steel tube in CFSTs under 750℃ exhibits a higher load bearing contribution compared to those under 20, 250, and 500℃. It is also found that the ratio of load bearing capacity of steel tube at peak point to the load bearing capacity of CFST at peak load is noticeable such that this ratio is in the ranges of 0.21-0.33 and 0.31-0.38 for the CFST specimens with a steel tube thickness of 2 and 3.5 mm, respectively. In addition, after the steel tube yielding, the load bearing capacity of the tube decreases due to the reduction of its axial stiffness and the increase of hoop strain rate, which is in the range of about 20 to 40%.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1997.10a
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pp.519-526
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1997
The purpose of this study is to develop the analytical model for the reinforcement bar connection in group-filled steel pipe sleeve, which consists of beam elements for the reinforcement bar and shell elements for the sleeve and the mortar and spring elements for the bond stress-slip relationship. In the reinforcement bar connection using grout-filled steel pipe sleeve, the major variables are the bond stiffness between reinforcement bar and mortar($K_1$) and between sleeve and mortar($K_2$). It is nearly difficult to predict the exact bond stiffness with the experimental results. Therefore, The linearly elastic analyses using ABAQUS, FEM package show the validity of the mathematical equations for the bond stiffness and the choice of material elements in this paper. To predict the behaviour between yield and ultimate tensile strength, the nonlinear analyses must be performed henceforth.
Rodrigues, Joao Paulo C.;Correia, Antonio J.M.;Kodur, Venkatesh
International Journal of High-Rise Buildings
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v.7
no.4
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pp.313-325
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2018
Concrete-filled steel tubular (CFST) members are commonly used as composite columns in modern construction. However, the current guidelines for members' fire design (EN1994-1-2) have been proved to be unsafe in case the relative slenderness is higher than 0.5. In addition, the simplified design methods of Eurocode 4 are limited to circular and square CFST columns, while in practice columns with rectangular and elliptical hollow sections are being increasingly used because of their architectural aesthetics. In the last years a large experimental research has been carried out at Coimbra University on the topic. They have been tested concrete filled circular, square, rectangular and elliptical hollow columns with restrained thermal elongation. Some parameters such as the slenderness, the type of cross-section geometry as well as the axial and rotational restraint of the surrounding structure to the column have been tested in order to evaluate their influence on the fire resistance of such columns. In this paper it is evaluated the influence of the boundary conditions (pin-ended and semi-rigid end-support conditions) on the behavior of the columns in case of fire. In these tests it could not be seen a marked effect of the tested boundary conditions but it is believed that the increasing of rotational stiffness increases the fire resistance of the columns.
Rush, David;Bisby, Luke;Jowsey, Allan;Melandinos, Athan;Lane, Barbara
Steel and Composite Structures
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v.12
no.4
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pp.325-350
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2012
Concrete filled steel hollow structural sections (CFSs) are an efficient, sustainable, and attractive option for both ambient temperature and fire resistance design of columns in multi-storey buildings and are becoming increasingly common in modern construction practice around the world. Whilst the design of these sections at ambient temperatures is reasonably well understood, and models to predict the strength and failure modes of these elements at ambient temperatures correlate well with observations from tests, this appears not to be true in the case of fire resistant design. This paper reviews available data from furnace tests on CFS columns and assesses the statistical confidence in available fire resistance design models/approaches used in North America and Europe. This is done using a meta-analysis comparing the available experimental data from large-scale standard fire tests performed around the world against fire resistance predictions from design codes. It is shown that available design approaches carry a very large uncertainty of prediction, suggesting that they fail to properly account for fundamental aspects of the underlying thermal response and/or structural mechanics during fire. Current North American fire resistance design approaches for CFS columns are shown to be considerably less conservative, on average, than those used in Europe.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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