A mechanics model is developed in this paper for concrete-filled steel CHS (circular hollow section) beam-columns. A unified theory is described where a confinement factor (${\xi}$) is introduced to describe the composite action between the steel tube and the filled concrete. The predicted load versus deformation relationship is in good agreement with test results. The theoretical model was used to investigate the influence of important parameters that determine the ultimate strength of concrete-filled steel CHS beam-columns. The parametric and experimental studies provide information for the development of formulas for the calculation of the ultimate strength of the composite beam-columns. Comparisons are made with predicted beam-columns strengths using the existing codes, such as LRFD-AISC-1999, AIJ-1997, BS5400-1979 and EC4-1994.
Geopolymer concrete (GPC), which is recognised as an environmentally friendly alternative to ordinary Portland cement (OPC) concrete, has been reported to possess high fire resistance. However, very limited research has been conducted to investigate the behaviour of geopolymer concrete-filled steel tubular (GCFST) columns at either ambient or elevated temperatures. This paper presents the compressive test results of a total of 15 circular concrete-filled steel tubular (CFST) stub columns, including 5 specimens tested at room temperature, 5 specimens tested at elevated temperatures and the remaining 5 specimens tested for residual strength after exposure to elevated temperatures. The main variables in the test program include: (a) concrete type; (b) concrete strength; and (c) curing condition of geopolymer concrete. The test results demonstrate that GCFST columns have similar ambient temperature behaviour compared with the conventional CFST counterparts. However, GCFST columns exhibit better fire resistance than the conventional CFST columns. Meanwhile, it is found that the GCFST column made with heat cured GPC has lower strength loss than other columns after exposure to elevated temperatures. The research results highlight the possibility of using geopolymer concrete to improve the fire resistance of CFST columns.
This paper presents an experimental investigation of the flexural behavior of square hollow steel section (HSS) beams subjected to pure bending. Totally six unfilled and nine ultra high performance concrete (UHPC)-filled HSS beams were tested under four-point bending until failure. The effects of the steel tube thickness, the yield strength of the steel tube and the strength of concrete on moment capacity, curvature, and ductility of UHPC-filled HSS beams were examined. The performance indices named relative ductility index (RDI) and strength increasing factor (SIF) were investigated with regard to different height-to-thickness ratio of the specimens. The flexural strengths obtained from the tests were compared with the values predicted by Eurocode 4, AISC-LRFD and CIDECT design codes. The results showed that the increase in the moment capacity and the corresponding curvature is much greater for thinner HSS beams than thicker ones. Eurocode 4 and AISC-LRFD predict the ultimate moment capacity of the all UHPC-filled HSS beams conservatively.
Long-term properties of concrete affect structures in many respects, not excepting dynamic behaviors. This paper investigates the influence of concrete creep on the dynamic behaviors of concrete filled steel tube (CFT) arch bridges, by means of combining the analytical method for the creep of axially compressed CFT members, which is based on Model B3 for concrete creep, with the finite element model of CFT arch bridges. By this approach, the changes of the stress and strain of each element in the bridge with time can be obtained and then transformed into damping and stiffness matrices in the dynamic equation involved in the finite element model at different times. A numerical example of a long-span half-through CFT arch bridge shows that creep influences the natural vibration characteristics and seismic responses of the bridge considerably, especially in the early age. In addition, parameter analysis demonstrates that concrete composition, compressive strength and steel ratio have an obvious effect on the seismic response of the CFT arch bridge.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2003.11a
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pp.613-616
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2003
Steel-concrete composite columns are used extensively in modern buildings. Extensive research on composite columns in which structural steel are in concrete have been carried out. In-filled composite columns, however have received limited attention compared to encased columns. In this paper, interrelationship of parameters is examined into analyzing and comparing with data through ABAQUS program and experiment on concrete filled tubular column under axial load and propriety of model is checked out by FEM analysis. The main variations of this paper are width-thickness ratio of the section(B/t =33.3, 38.9, 44.4), concrete strength($f_{ck}$=240, 360kgf/$\textrm{cm}^2$), and width-length ratio($L_o$/B=8.0, 10.0, 12.0, 15.0, 20.0). The ultimate value obtained through analysis is compared with test value and calculated by design code of other countries and previous studies.
AL-Eliwi, Baraa J.M.;Ekmekyapar, Talha;Faraj, Radhwan H.;Gogus, M. Tolga;AL-Shaar, Ahmed A.M.
Steel and Composite Structures
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v.25
no.3
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pp.299-314
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2017
The aim of this paper is to investigate the performance of Lightweight Aggregate Concrete Filled Steel Tube (LWCFST) columns experimentally and compare to the behavior of Self-Compacted Concrete Filled Steel Tube (SCCFST) columns under axial loading. Four different L/D ratios and three D/t ratios were used in the experimental program to delve into the compression behaviours. Compressive strength of the LWC and SCC are 33.47 MPa and 39.71 MPa, respectively. Compressive loading versus end shortening curves and the failure mode of sixteen specimens were compared and discussed. The design specification formulations of AIJ 2001, AISC 360-16, and EC4 were also assessed against test results to underline the performance of specification methods in predicting the compression capacity of LWCFST and SCCFST columns. Based on the behaviour of the SCCFST columns, LWCFST columns exhibited different performances, especially in ductility and failure mode. The nature of the utilized lightweight aggregate led to local buckling mode to be dominant in LWCFST columns, even the long LWCFST specimens suffered from this behaviour. While with the SCCFST specimens the global buckling governed the failure mode of long specimens without any loss in capacity. Considering a wide range of column geometries (short, medium and long columns), this paper extends the current knowledge in composite construction by examining the potential of two promising and innovative structural concrete types in CFST applications.
Lee Jang Hwan;Kim Young Joo;Joung Kwang Sik;Kang Tea Kyung;Jung Keun Ho;Jung Sang Jin
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2004.05a
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pp.454-457
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2004
Due to social problems such as the increasing of land price and the expanding of city, buildings require more complex and bigger components and structure. However, the complex and massive building projects need new technology to solve effect of local buckling and the needs for more space. Hence, Concrete Filled Tube Steel (CFT), the tube steel to hold concrete during pouring and curing of concrete procedure, which helps to reduce local buckling and space, was developed. Most researches on CFT might not be focused on the characteristic of concrete 'filled in tube but structural analysis. However, it is the essential factor to increase the strength of concrete on CFT for having efficient results. Therefore, this paper will describe how to apply CFT into the construction site through examining High Strength Concrete $(800kg/cm^2)$, the strength of core, and bleeding during pouring strategy.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.38
no.5
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pp.95-105
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1996
This study was performed to evaluate the mechanical properties of permeable polymer concrete using fillers and unsaturated polyester resin. The following conclusions were drawn; 1. The unit weight was in the range of 1, 663~ l, 892kg/$cm^3$, the weights of those concrete were decreased 18~28% than that of the normal cement concrete. 2. The highest strength was achieved by fly ash filled permeable polymer concrete, it was increased 22% by compressive strength, 190% by tensile strength and 192% by bending strength than that of the normal cement concrete, respectively. 3. The external strength of permeable pipe was in the range of 3, 083~3, 793kg/m, the external strengths of those concrete were increased 2~26% than that of the normal cement concrete. Accordingly, these permeable polymer concrete pipe can be used to the members and structures which need external strength. 4. The static modulus of elasticity was in the range of $5.7{\times} 10^4 ~ 15.4{\times} 10{^4}kg/cm^2 $, which was approximately 35~64% of that of the normal cement concrete. Fly ash filled permeable polymer concrete was showed relatively higher elastic modulus. The poisson's number of permeable polymer concrete was less than that of the normal cement concrete. 5. The dynamic modulus of elasticity was in the range of $83{\times} 10^3 ~ 211{\times} 10{^3}kg/cm^2 $, which was approximately Ins compared to that of the normal cement concrete. Fly ash filled permeable polymer concrete was showed higher dynamic modulus. The dynamic modulus of elasticity were increased approximately 22~45% than that of the static modulus. 6. The ultrasonic pulse velocity was in the range of 2, 584 ~ 3, 587m/sec, . which was showed about the same compared to that of the normal cement concrete. Fly ash filled permeable polymer concrete was in the range of$0.58~8.88 {\ell}/cm^2/hr$, , and it was larglely dependent upon the mixing ratio. These concrete can be used to the structures which need water permeability.
To study the stress concentration factors (SCFs) of concrete-filled tubular Y-joints subject to in-plane bending, experiments were used to investigate the hot spot stress distribution along the intersection between chord and brace. Three concrete-filled tubular chords forming Y-joints were tested with different reinforcing components, including doubler-plate, sleeve, and haunch-plate reinforcement. In addition, an unreinforced joint was also tested for comparison. Test results indicate that the three different forms of reinforcement effectively reduce the peak SCFs compared with the unreinforced joint. The current research suggests that the linear extrapolation method can be used for chords, whereas the quadratic extrapolation method must be used for braces. The SCF is effectively reduced and more evenly distributed when the value of the axial compression ratio in the chord is increased. Furthermore, the SCFs obtained from the test results were compared to predictions from some well-established SCF equations. Generally, the predictions from those equations are very consistent for braces, but very conservative for concrete-filled chords.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.42
no.3
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pp.107-113
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2000
This study is performed to examine the physical and mechanical properties of concrete with fly ash. Test results show that the unit weights of concrete with fly ash are decreased 1-3% and the highest strength is achieved by 10% filled fly ash concrete with it is increased 7% than that of the normal cement concrete. the ultrasonic pulse velocity is in the range of 3.705~4.204m/s and the dynamic and static modulus of elasticity is in the range of 271$\times$103 ~289$\times$103kgf/cm2 and 208$\times$103 ~262$\times$103kgf/cm2 respectively. The acid-resistance is increased with increase of the content of fly ash. It is 1.2 times of the normal cement concrete by 10% filled fly ash concrete and 1.7 times by 30% filled fly ash concrete respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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