This paper presents the flexural behaviour of stainless steel beam-to-tubular column joints with extended endplates subjected to static loading. Moment-rotation relationships were investigated numerically by using Abaqus software with geometric and material nonlinearity considered. The prediction of damages among components was achieved through ductile damage models, and the influence of initial geometric imperfections and residual stresses was evaluated in large fabricated stainless steel joints involving hollow columns and concrete-filled columns. Parametric analysis was subsequently conducted to assess critical factors that could affect the flexural performance significantly in terms of the initial stiffness and moment resistance. A comparison between codes of practice and numerical results was thereafter made, and design recommendations were proposed for further applications. Results suggest that the finite element model can predict the structural behaviour reasonably well with the component damage consistent with test outcomes. Initial geometric imperfections and residual stresses are shown to have little effect on the moment-rotation responses. A series of parameters that can influence the joint behaviour remarkably include the strain-hardening exponents, stainless steel strength, diameter of bolts, thickness of endplates, position of bolts, section of beams and columns. AS/NZS 2327 is more reliable to predict the joint performance regarding the initial stiffness and moment capacity compared to EN 1993-1-8.
This paper numerically investigated the behavior of built-up square concrete-filled steel tubular (CFST) columns under combined preload and axial compression. The finite element (FE) models of target columns were verified in terms of failure mode, axial load-deformation curve and ultimate strength. A full-range analysis on the axial load-deformation response as well as the interaction behavior was conducted to reveal the composite mechanism. The parametric study was performed to investigate the influences of material strengths and geometric sizes. Subsequently, influence of construction preload on the full-range behavior and confinement effect was investigated. Numerical results indicate that the axial load-deformation curve can be divided into four working stages where the contact pressure of curling rib arc gradually disappears as the steel tube buckles; increasing width-to-thickness (B/t) ratio can enhance the strength enhancement index (e.g., an increment of 1.88% from B/t=40 to B/t=100), though ultimate strength and ductility are decreased; stiffener length and lip inclination angle display a slight influence on strength enhancement index and ductility; construction preload can degrade the plastic deformation capacity and postpone the origin appearance of contact pressure, thus making a decrease of 14.81%~27.23% in ductility. Finally, a revised equation for determining strain εscy corresponding to ultimate strength was proposed to evaluate the plastic deformation capacity of built-up square CFST columns.
The paper proposes two hybrid metaheuristic optimization and artificial neural network (ANN) methods for the close prediction of the ultimate axial compressive capacity of concentrically loaded concrete filled double skin steel tube (CFDST) columns. Two metaheuristic optimization, namely genetic algorithm (GA) and particle swarm optimization (PSO), approaches enable the dynamic training architecture underlying an ANN model by optimizing the number and sizes of hidden layers as well as the weights and biases of the neurons, simultaneously. The former is termed as GA-ANN, and the latter as PSO-ANN. These techniques utilize the gradient-based optimization with Bayesian regularization that enhances the optimization process. The proposed GA-ANN and PSO-ANN methods construct the predictive ANNs from 125 available experimental datasets and present the superior performance over standard ANNs. Both the hybrid GA-ANN and PSO-ANN methods are encoded within a user-friendly graphical interface that can reliably map out the accurate ultimate axial compressive capacity of CFDST columns with various geometry and material parameters.
Yang Chen;Zhaowei Jiang;Yingjun Gan;Jun Ye;Yong Yang
Earthquakes and Structures
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v.27
no.4
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pp.251-262
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2024
To improve the seismic behavior of composite column with high strength concrete-filled steel tubular in bridge engineering, four column specimens, including one specimen with vertical prestressing force and three specimens with tri-directional prestressing force, were conducted under low cyclic loading. Test parameters including axial compression ratio, degree of vertical prestressing and existence of prestressed steel strips were emphatically analyzed. Experimental results revealed that applying tri-directional prestressing force to column with high strength concrete-filled steel tubular produced more beneficial behavior in terms of ductility, energy-dissipation and self-centering capacity over that of specimens only with vertical prestress. Moreover, ultimate bearing capacity of composite column was improved with increase of degree of vertical prestress and external axial force, while ductility would be reduced. External axial force showed slight influence on the self-centering behavior. Finally, a calculation equation for predicting the shear capacity of the tri-directional prestressed composite column was proposed and the accuracy of the calculated results validated by experimental data.
Kim, Sun Hee;Yom, Kong Soo;Kim, Yong Hwan;Choi, Sung Mo
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.28
no.1
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pp.23-34
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2016
Concrete filled steel tube system has two major advantages. First, the confinement effect of steel tube improves the compressive strength of concrete. Second, the load capacity and deformation capacity of members are improved because concrete restrains local buckling of steel tube. It does, however, involve workability problem of using stud bolts or anchor bolts to provide composite effect for larger cross-sections. While the ribs inside the columns are desirable in terms of compressive behavior, they cause the deterioration in load capacity upon in-plane deformation resulting from thermal deformation. Since the ribs are directly connected with the concrete, the deformation of the ribs accelerates concrete cracking. Thus, it is required to improve the toughness of the concrete to resist the deformation of the ribs. Welding built-up tubular square columns can secure safety in terms of fire resistance if the problem are solved. This study focuses on mixing steel fiber in the concrete to improve the ductility and toughness of the columns. In order to evaluate fire resistance performance, loaded heating test was conducted with 8 specimens. The behavior and thermal deformation capacity of the specimens were analyzed for major variables including load ratio. The reliability of heat transfer and thermal stress analysis model was verified through the comparison of the results between the test and previous study.
Concrete filled steel tubular (CFT) columns are becoming popular in structural applications. The increased popularity comes from their excellent structural properties such as high strength, high ductility, and large energy absorption capacity. However, the disadvantage feature of CFT column is the difficulty in predicting its time dependant characteristic (i.e., creep and shrinkage) of inner concrete. The time dependent behavior of CFT column can cause serious serviceability problems. Therefore, it is necessary to investigate the long term behavior of CFT column. This paper presents analytical and experimental studies on long-term behavior of CFT-column under a central axial loading. Two loading cases are considered in the research; (1) the load applied only at the inner core concrete of CFT-column and (2) the load applied simultaneously on both concrete and steel tube. Analysis method using the bond strength model is proposed and conclusions on long-term properties of CFT-column can be derived from the results.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.7
no.1
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pp.217-225
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2003
Grouting internally with grout materials can repair the micro-cracks and micro-voids of construction joints more efficiently than injecting grouts from the surface of cracks. A new internal grouting method using perforated bundled-cables was developed in this study to enhance the structural integrity of the construction joints. The extensive experiments were performed to examine the mechanical behavior of construction joints which are repaired internally by the developed method. The tests were conducted for rectangular-shaped box wall structures and straight wall structures. The strength and permeability tests at grouted construction joints were conducted to evaluate the structural behavior of repaired construction joints. The present study indicates that the internal grouting method developed in this study enhances greatly the performance of construction joints and may be efficiently used for the leak-tight integrity of construction joints in concrete structures.
In this paper, an experimental study was conducted on the compressive behavior of steel tube confined concrete (STCC) and concrete-filled steel tube (CFST) columns with active and passive confinement. To create active confinement in the STCC and CFST specimens, an innovative method was used in this study, in which by applying pressure on the fresh concrete, the steel tube was laterally pretensioned and the concrete core was compressed simultaneously. Of the benefits of this technique are improving the composite column behavior, without the use of additives and without the need for vibration, and achieving high prestressing levels. To achieve lower and higher prestressing levels, short and long term pressures were applied to the specimens, respectively. Nineteen STCC and CFST specimens in three groups of passive, short-term active, and long-term active confinement were subjected to axial compression, and their mechanical properties including the compressive strength, modulus of elasticity and axial strain were evaluated. The results showed that the proposed method of prestressing the STCC columns led to a significant increase in the compressive strength (about 60%), initial modulus of elasticity (about 130%) as well as a significant reduction in the axial strain (about 45%). In the CFST columns, the prestressing led to a considerable increase in the compressive strength, a small effect on the initial and secant modulus of elasticity and an increase in the axial strain (about 55%). Moreover, increased prestressing levels negligibly affected the compressive strength of STCCs and CFSTs but slightly increased the elastic modulus of STCCs and significantly decreased that of CFSTs.
Journal of the Korean Society of Environmental Restoration Technology
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v.2
no.2
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pp.62-69
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1999
This study was carried out to find out the capability of applying such materials as porous concrete, could be called environmentally friendly materials, for bringing vegetations. For verying the purpose of the experiments such materials as potland cement and slag cement, coarse aggravates(${\phi}25mm$, ${\phi}18mm$, ${\phi}13mm$) were mixed. In the voids of porous concrete peatmoss and chemical fertilizers were filled, and on the surface of concrete organic soils were adhered for seeding grasses. For testing compressive strength, pH, voids the 12($4mixed{\times}3times$) specimens were manufactured. As results, the compressive strength of porous concretes were from 59 to $267kg/cm^2$ depend on mixed ratios between cements and coarse aggregates. Voids of concrete were from 33% to 40% and the pH were varied pH 8-10.5. So the capability of planting vegetations was to be ascertained. The germination and growth of grasses were not good, but it could be found out that the capability of vegetations on the concretes. For generalizing these results and applying on the construction sites, it is necessary to verificate following studies for various conditions.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2008.11a
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pp.227-233
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2008
Porous concrete has large continuous voids of 20-30 % by volume, and this concrete is attractive as environmental material in Japan i.e. permeable road pavement, river bank protection with vegetation and green roof system which influence thermal environment. It is necessary to confirm the frost resistance when constructing porous concrete structure in cold region. However applicable test method and evaluation criterion of porous concrete has not defined yet. Therefore, the object of this study is to investigate the frost resistance of porous concrete and this investigation attempts to address this concern by comparing 4 kinds of specified freezing and thawing tests methods (JIS A1148 procedure A/B and RILEM CIF/CDF test) in consideration of actual environment. RILEM freeze-thaw tests are different from JIS A1148 freeze-thaw tests, which are widely adopted for evaluating the frost resistance of conventional concrete in Japan, in water absorption, cooling rate, length of freezing and thawing period, and number of freezing and thawing cycles. RILEM CIF test measures internal damage and is primarily applicable for pure frost attack. CDF test is appropriate for freeze-thaw and de-icing salt attack. JIS A1148 procedure A/B showed extremely low frost resistance of porous concrete if the large continuous voids were filled with water and the ice expansion in the large continuous voids set in during cooling. Frost resistance of porous concrete was improved by mixing coarse aggregate (G7) which particle size is smaller and fine aggregate in JIS freezing and thawing tests. RILEM CIF/CDF test showed that freeze-thaw and de-icing resistance of porous concrete was seems to be superior in that of conventional concrete.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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