Luat, Nguyen-Vu;Lee, Jaehong;Lee, Do Hyung;Lee, Kihak
Computers and Concrete
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v.25
no.1
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pp.1-14
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2020
This study presents applications of the multivariate adaptive regression splines (MARS) method for predicting the ultimate loading carrying capacity (Nu) of rectangular concrete-filled steel tubular (CFST) columns subjected to eccentric loading. A database containing 141 experimental data was collected from available literature to develop the MARS model with a total of seven variables that covered various geometrical and material properties including the width of rectangular steel tube (B), the depth of rectangular steel tube (H), the wall thickness of steel tube (t), the length of column (L), cylinder compressive strength of concrete (f'c), yield strength of steel (fy), and the load eccentricity (e). The proposed model is a combination of the MARS algorithm and the grid search cross-validation technique (abbreviated here as GS-MARS) in order to determine MARS' parameters. A new explicit formulation was derived from MARS for the mentioned input variables. The GS-MARS estimation accuracy was compared with four available mathematical methods presented in the current design codes, including AISC, ACI-318, AS, and Eurocode 4. The results in terms of criteria indices indicated that the MARS model was much better than the available formulae.
The imperfect steel-concrete interface bonding is an important deficiency of the concrete-filled double skin tubular (CFDST) columns that led to separating concrete and steel surfaces under lateral loads and triggering buckling failure of the columns. To improve this issue, it is proposed in this study to use longitudinal and transverse steel stiffeners in CFDST columns. CFDST columns with different patterns of stiffeners embedded in the interior or exterior surfaces of the inner or outer tubes were analyzed under constant axial force and reversed cyclic loading. In the finite element modeling, the confinement effects of both inner and outer tubes on the compressive strength of concrete as well as the effect of discrete crack for concrete fracture were incorporated which give a realistic prediction of the seismic behavior of CFDST columns. Lateral strength, stiffness, ductility and energy absorption are evaluated based on the hysteresis loops. The results indicated that the stiffeners had determinant role on improving pinching behavior resulting from the outer tube's local buckling and opening/closing of the major tensile crack of concrete. The lateral strength, initial stiffness and energy absorption capacity of longitudinally stiffened columns with fixed-free end condition were increased by as much as 17%, 20% and 70%, respectively. The energy dissipation was accentuated up to 107% for fixed-guided end condition. The use of transverse stiffeners at the base of columns increased energy dissipation up to 35%. Axial load ratio, hollow ratio and concrete strength affecting the initial stiffness and lateral strength, had negligible effect of the energy dissipation of the columns. It was also found that the longitudinal stiffeners and transverse stiffeners have, respectively, negative and positive effects on ductility of CFDST columns. The conclusions, drawn from this study, can in turn, lead to the suggestion of some guidelines for the design of CFDST columns.
Circular concrete filled steel tube (CFST) columns have an advantage over all other sections when they are used in compression members. This paper proposes a new approach for deriving a new empirical equation to predict the axial compressive capacity of circular CFST columns using the Artificial Neural Network (ANN). The developed ANN model uses 5 input parameters that include the diameter of circular steel tube, the length of the column, the thickness of steel tube, the steel yield strength and the compressive strength of concrete. The only output parameter is the axial compressive capacity. Training and testing the developed ANN model was carried out using 219 available sets of data collected from the experimental results in the literature. An empirical equation is then proposed as an important result of this study, which is practically used to predict the axial compressive capacity of a circular CFST column. To evaluate the performance of the developed ANN model and the proposed equation, the predicted results are compared with those of the empirical equations stated in the current design codes and other models. It is shown that the proposed equation can predict the axial compressive capacity of circular CFST columns more accurately than other methods. This is confirmed by the high accuracy of a large number of existing test results. Finally, the parametric study result is analyzed for the proposed ANN equation to consider the effect of the input parameters on axial compressive strength.
Zhang, Xianggang;Deng, Dapeng;Lin, Xinyan;Yang, Jianhui;Fu, Lei
Structural Engineering and Mechanics
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v.69
no.6
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pp.627-635
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2019
In order to study the axial compression performance of sand-lightweight concrete-filled steel tube (SLCFST) stub columns, three circular SLCFST (C-SLCFST) stub column specimens and three SLCFST square (S-SLCFST) stub column specimens were fabricated and static monotonic axial compression performance testing was carried out, using the volume ratio between river sand and ceramic sand in sand-lightweight concrete (SLC) as a varying parameter. The stress process and failure mode of the specimens were observed, stress-strain curves were obtained and analysed for the specimens, and the ultimate bearing capacity of SLCFST stub column specimens was calculated based on unified strength theory, limit equilibrium theory and superposition theory. The results show that the outer steel tubes of SLCFST stub columns buckled outward, core SLC was crushed, and the damage to the upper parts of the S-SLCFST stub columns was more serious than for C-SLCFST stub columns. Three stages can be identified in the stress-strain curves of SLCFST stub columns: an elastic stage, an elastic-plastic stage and a plastic stage. It is suggested that AIJ-1997, CECS 159:2004 or AIJ-1997, based on superposition theory, can be used to design the ultimate bearing capacity under axial compression for C-SLCFST and S-SLCFST stub columns; for varying replacement ratios of natural river sand, the calculated stress-strain curves for SLCFST stub columns under axial compression show good fitting to the test measure curves.
This research examines the eccentric compression performance of composite columns composed of recycled aggregate concrete (RAC)-filled square steel tube and profile steel. A total of 17 specimens on the composite columns with different recycled coarse aggregate (RCA) replacement percentage, RAC strength, width to thickness ratio of square steel tube, profile steel ratio, eccentricity and slenderness ratio were subjected to eccentric compression tests. The failure process and characteristic of specimens under eccentric compression loading were observed in detail. The load-lateral deflection curves, load-train curves and strain distribution on the cross section of the composite columns were also obtained and described on the basis of test data. Results corroborate that the failure characteristics and modes of the specimens with different design parameters were basically similar under eccentric compression loads. The compression side of square steel tube yields first, followed by the compression side of profile steel. Finally, the RAC in the columns was crushed and the apparent local bulging of square steel tube was also observed, which meant that the composite column was damaged and failed. The composite columns under eccentric compression loading suffered from typical bending failure. Moreover, the eccentric bearing capacity and deformation of the specimens decreased as the RCA replacement percentage and width to thickness ratio of square steel tube increased, respectively. Slenderness ratio and eccentricity had a significantly adverse effect on the eccentric compression performance of composite columns. But overall, the composite columns generally had high-bearing capacity and good deformation. Meanwhile, the mechanism of the composite columns under eccentric compression loads was also analysed in detail, and the calculation formulas on the eccentric compression capacity of composite columns were proposed via the limit equilibrium analysis method. The calculation results of the eccentric compression capacity of columns are consistent with the test results, which verify the validity of the formulas, and the conclusions can serve as references for the engineering application of this kind of composite columns.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.30
no.2A
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pp.113-120
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2010
The use of Concrete filled circular hollow steel section (CFCHS) members in bridge design is a relatively new concept. The most important part of the design and durability of such structures is the design and the construction of the joints. In the design of recently constructed steel-concrete composite bridges using CFCHS truss girders for the main load carrying structure, the fatigue verification of the tubular spatial truss joints was a main issue. Welded CFCHS joints are very sensitive to fatigue because the geometric discontinuities of the welds lead to a high stress concentration. New research done on the fatigue behaviour of such joints has focused on CFCHS N-joints, directly welded, with finite element analysis method. A commercial software, ABAQUS, is adopted to perform the finite element analysis on the N-joints. This paper is main focused on these topics, including hot spot stress.
This paper describes effects of infill walls on behavior of RC frame with low strength, including numerical modeling, modal testing and finite-element model updating. For this purpose full scaled, one bay and one story RC frame is produced and tested for plane and brick in-filled conditions. Ambient-vibration testis applied to identify dynamic characteristics under natural excitations. Enhanced Frequency Domain Decomposition and Stochastic Subspace Identification methods are used to obtain experimental dynamic characteristics. A numerical modal analysis is performed on the developed two-dimensional finite element model of the frames using SAP2000 software to provide numerical frequencies and mode shapes. Dynamic characteristics obtained by numerical and experimental are compared with each other and finite element model of the frames are updated by changing some uncertain modeling parameters such as material properties and boundary conditions to reduce the differences between the results. At the end of the study, maximum differences in the natural frequencies are reduced on average from 34% to 9% and a good agreement is found between numerical and experimental dynamic characteristics after finite-element model updating. In addition, it is seen material properties are more effective parameters in the finite element model updating of plane frame. However, for brick in-filled frame changes in boundary conditions determine the model updating process.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2003.11a
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pp.604-607
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2003
Recently, hybrid concrete structures such as a concrete-filled steel tubular(CFT), a steel reinforced concrete(SRC) and a composite material are popular in structure applications. They also have merit of high strength, high ductility, and large energy absorption capacity. But the analysis of hybrid concrete structures is very difficult owing to the complex behavior of concrete under passive confinement. This paper has analyzed CFT, which receives passive confinement using Tri-Surface concrete model for three dimension finite element analysis. By the result of that, the proposed model was properly forecasted a concrete behavior that receives passive restraint as well as non-linear analysis of concrete which receive uniaxial stress and high active confinement of 400Mpa. If the model through the steady study is set up especially on the factor of concrete under passive confinement, the proposed concrete model will be surely useful for analysis of the hybrid concrete structures.
To make up for the performance weaknesses of recycled aggregate concrete (RAC), expand the application range of RAC, and alleviate the environmental problems caused by excessive exploitation of natural coarse aggregates (NCA), this study proposes a basalt fiber-reinforced recycled aggregate concrete (BFRRAC)-filled square steel tubular columns that combines two modification methods of steel tube and fiber, which may greatly enhance the mechanical properties of RAC. The axial compression performance for BFRRAC-filled square steel tubular columns was reported during this study. Seven specimens with different replacement ratios of recycled coarse aggregate (RCA), length-diameter ratios, along with basalt fiber (BF) contents were designed as well as fabricated for performing axial compression test. For each specimen, the whole failure process as well as mode of specimen were discovered, subsequently the load-axial displacement curve has obtained, after which the mechanical properties was explained. A finite element analysis model for specimens under axial compression was then established. Subsequently, based on this model, the factors affecting axial compression performance for BFRRAC-filled square steel tubes were extended and analyzed, after which the corresponding design suggestion was proposed. The results show that in the columns with length-diameter ratios of 5 and 8, bulging failure was presented, and the RAC was severely crushed at the bulging area of the specimen. The replacement ratio of RCA as well as BF content little affected specimen's peak load (less than 5%). As the content of BF enhanced from 0 kg/m3 to 4 kg/m3, the dissipation factor and ductility coefficients increased by 10.2% and 5.6%, respectively, with a wide range.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.10
no.1
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pp.75-84
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2010
According to the available study and experimental data about the long term behavior of CFT(Concrete Filled Tube) columns, the creep and of concrete in CFT columns are smaller than those of RC columns because of the confinement effect of outer steel columns. In this study, the uncertainties associated with assumed values for concrete properties such as strength, creep coefficients, and service load have been considered and analyzed for the prediction of time-dependent column shortening of CFT column. The CFT column shortening analysis using Monte Carlo method is proposed and an of a 37 story tall building with CFT columns is studied for illustration. According to the results obtained by the probability analysis with multi parameters, the effect of variation coefficient for 3 parameters is investigated considering confidence interval.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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