Composite columns made of high strength materials have been used in high-rise construction owing to its excellent structural performance resulting in smaller cross-sectional sizes. However, due to the limited understanding of its structural response, current design codes do not allow the use of high strength materials beyond a certain strength limit. This paper reports additional test data, analytical and numerical studies leading to a new design method to predict the ultimate resistance of composite columns made of high strength steel and high strength concrete. Based on previous study on high strength concrete filled steel tubular members and ongoing work on high strength concrete encased steel columns, this paper provides new findings and presents the feasibility of using high strength steel and high strength concrete for general double symmetric composite columns. A nonlinear finite element model has been developed to capture the composite beam-column behavior. The Eurocode 4 approach of designing composite columns is examined by comparing the test data with results obtained from code's predictions and finite element analysis, from which the validities of the concrete confinement effect and plastic design method are discussed. Eurocode 4 method is found to overestimate the resistance of concrete encased composite columns when ultra-high strength steel is used. Finally, a strain compatibility method is proposed as a modification of existing Eurocode 4 method to give reasonable prediction of the ultimate strength of concrete encased beam-columns with steel strength up to 900 MPa and concrete strength up to 100 MPa.
This paper describes experimental and theoretical investigations on the behaviour of thin walled composite (TWC) filled columns under eccentric loading conditions. Details of the experimental investigation including description of the test columns, testing arrangements, failure modes, strain characteristics, load-deformation responses and effects of various geometric and material parameters are presented. The current paper also introduces the use and effect of lightweight Volcanic Pumice Concrete (VPC) in TWC columns. Analytical models for the design of columns under eccentric loading conditions have been developed taking into consideration the effect of confined concrete. The performance of design equations is validated through experimental results. The proposed design models are found to produce better results compared with available design procedures and Code based formulations. A computer program is developed to generate the interaction diagrams based on the proposed design equations that can be used for design purposes.
With the span and arch rib size of concrete-filled steel tube (CFST) arch bridges increase, the hydration heat of pumped mass concrete inside large-size steel tube causes a significant temperature variation, leading to a risk of thermal stress-induced cracking during construction. In order to tackle this phenomenon, a hydration heat conduction model based on hydration degree was established through a nonlinear temperature analysis incorporating an exothermic hydration process to obtain the temperature field of large-size CFST. Subsequently, based on the evolution of elastic modulus based on hydration degree and early-age creep rectification, the finite element model (FEM) model and analytical study were respectively adopted to investigate the variation of the thermal stress of CFST during hydration heat release, and reasonable agreement between the results of two methods is found. Finally, a comparative study of the thermal stress with and without considering early-age creep was conducted.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2005.05b
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pp.45-48
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2005
Self compacting concrete has the strong point in capability of concrete to be uniformly filled and compacted in every corners of formwork by its self-weight without vibration during placing. However, powder type self compacting concrete has the weak point in the heat of hydration, the drying shrinkage and the elastic property of concrete etc. Recently viscosity agent has been developed in order to overcome these weaknesses. In this study, self compacting concrete is made with viscosity agent based on polysaccharide derivative in order to develope the normal strength self compacting concrete. Slump flow, loss of slump flow and setting time are measured for comparison with normal concrete. Compressive strength, freezing and thawing test and carbonation test are conducted on normal and self compacting concrete using viscosity agent. In the experiment, we acquired good results in fresh and hardened self compacting concrete using viscosity agent based on polysaccharide derivative.
Proceedings of the Korea Institute of Fire Science and Engineering Conference
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2010.04a
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pp.371-376
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2010
The strength of steel material in a concrete filled steel tube (CFT) is reduced in fire, but the filled interior concrete structurally ensures the fire resistance due to its high thermal capacity. More, the contractibility of CFT is excellent since it can be constructed without form work. This research analyzed the interior concrete strength and deformation characteristics, which are the influence factors of the fire resistance of CFT, in proportion to the axial load ratio. The fire resistance performance according to changes of the axial load ratio showed great fluctuation. 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 24 MPa concrete exhibited the fire resistance time as 27, 113, and 180 minutes for the axial load ratios, 0.9, 0.6, and 0.2 respectively. In case of 40 MPa concrete, the fire resistance time were turned out to be 19 and 28 minutes for the axial load ratios, 0.9 and 0.6 respectively. The results of 40 MPa concrete showed the much lower fire resistance performance when comparing with those of 24 MPa concrete. The fire resistance performance was not increased significantly when the axial load ratio was reduced. Therefore, the deceased fire resistance performance of high strength concrete is assumed to be caused by the internal pressure increase upon the heat application.
This paper aims to assess the seismic risk of a plane moment-resisting frames (MRFs) consisting of concrete-filled double skin steel tube (CFDST) columns and I-section steel beams. Firstly, three typical limit performance levels of CFDST structures are determined in accordance with the cyclic tests of seven CFDST joint specimens with 1/2-scaled and the limits stipulated in FEMA 356. Then, finite element (FE) models of the test specimens are built by considering with material degradation, nonlinear behavior of beam-column connections and panel zones. The mechanical behavior of the concrete material are modeled in compression stressed condition in trip-direction based on unified strength theory, and such numerical model were verified by tests. Besides, numerical models on 3, 6 and 9-story CFDST frames are established. Furthermore, the seismic responses of these models to earthquake excitations are investigated using nonlinear time-history analyses (NTHA), and the limits capacities are determined from incremental dynamic analyses (IDA). In addition, fragility curves are developed for these models associated with 10%/50yr and 2%/50yr events as defined in SAC project for the region on Los Angeles in the Unite State. Lastly, the annual probabilities of each limits and the collapse probabilities in 50 years for these models are calculated and compared. Such results provide risk information for the CFDST-MRFs based on the probabilistic risk assessment method.
The purpose of this study is to develop composite structural system which is to have versatility in plan design and to improve economical efficieney, to maximise structural capacity than existing structural system. In this viewpoint, it was investigated to the properties of structural behaviors for i oint consisting of concrete filled steel square tube column and P.C reinforced concrete beam through a series of hysteretic behavior experiment. In the previous report, researched to the properties of joints with key parameters. such as Axial Force ratio and section types. From the based on previous results, this study investigated the properties of this joints with key parameters, such as strength of concrete, size of panel zone and Axial Force ratio. The obtained results are summarised as follows. (1) Investigating for the failure mode of the beam-to-column joint, the specimens of S,LL and LH series(except for L5H) presented flexural failure mode. (2) The initial stiffness of joint was increasd as the decrease of axial force ratio and increase of the concrete strength. (3) The rotation resisting capacity was effective as the increment of the concrete strength and decrement of the axial force ratio. (4) The emprical formula to predict the ultimate capacity of joint model to introduce decrease coefficient according to the axial force ratio to superimpose shearing strength of steel web(H section) and bending strength of reinforced concrete beam was expected.
This study explores the lateral deflections of diagonal braces in concentrically-braced earthquake-resisting frames. The performance of this widely-used system is often compromised by the flexural buckling of slender braces in compression. In addition to reducing the compressive resistance, buckling may also cause these members to undergo sizeable lateral deflections which could damage surrounding structural components. Different approaches have been used in the past to predict the mid-length lateral deflections of cyclically loaded steel braces based on their theoretical deformed geometry or by using experimental data. Expressions have been proposed relating the mid-length lateral deflection to the axial displacement ductility of the member. Recent experiments were conducted on hollow and concrete-filled circular hollow section (CHS) braces of different lengths under cyclic loading. Very slender, concrete-filled tubular braces exhibited a highly ductile response, undergoing large axial displacements prior to failure. The presence of concrete infill did not influence the magnitude of lateral deflection in relation to the axial displacement, but did increase the number of cycles endured and the maximum axial displacement achieved. The corresponding lateral deflections exceeded the deflections observed in the majority of the previous experiments that were considered. Consequently, predictive expressions from previous research did not accurately predict the mid-height lateral deflections of these CHS members. Mid-length lateral deflections were found to be influenced by the member non-dimensional slenderness (${\bar{\lambda}}$) and hence a new expression was proposed for the lateral deflection in terms of member slenderness and axial displacement ductility.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.5
no.3
s.17
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pp.101-107
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2005
An analytic study on the bond stress between steel tube and concrete in concrete filled steel(CFT) tublar column is presented in this paper. Recently buildings need members which are enhanced durability and ductility. Concrete filled tublar column system is proposed as alternative plan. In this paper, ABAQUS/Standard Version 5.8 which is identified as usefulness for finite element analysis and has various element library is used. The variables in this study are the location and type of shear-connector. The modeling ell contact problem practiced by Contact Pair and Contact Pressure method. In the step of physical bond, it is practiced by Change friction option. After yielding of models, analytic results is less than that of experimental results.
This paper aims to study the compressive behavior of circular hollow and concrete-filled steel tubular stub columns under simulated marine atmospheric corrosion. The specimens after salt spray corrosion were tested under axial compressive load. Steel grade and corrosion level were mainly considered in the study. The mechanical behavior of circular CFST specimens is compared with that of the corresponding hollow ones. Design methods for circular hollow and concrete-filled steel tubular stub columns are modified to consider the effect of marine atmospheric corrosion. The results show that linear fitting curves could be used to present the relationship between corrosion rate and the mechanical properties of steel after simulated marine atmospheric corrosion. The ultimate strength of hollow steel tubular and CFST columns decrease with the increase of corrosion rate while the ultimate displacement of those are hardly affected by corrosion rate. Increasing corrosion rate would change the failure of CFST stub column from ductile failure to brittle failure. Corrosion rate would decrease the ductility indexes of CFST columns, rather than those of hollow steel tubular columns. The confinement factor ${\xi}$ of CFST columns decreases with the increase of corrosion rate while the ratio between test value and nominal value shows an opposite trend. With considering marine atmospheric corrosion, the predicted axial strength of hollow steel tubular and CFST columns by Chinese standard agree well with the tested values while the predictions by Japanese standard seem conservative.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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