This study involves a series of experiments on the buckling strength of eccentrically compressed cold-formed stainless steel square hollow-section columns. The principal parameters in this study are slenderness ratios ($L_k/r$ = 30, 50, 70) and magnitude of eccentricity e (0, 25, 50, 75, 100 mm) on the symmetrical end-moment. The objectives of this paper are to obtain the buckling loads by conducting a series of experiments and to compare the behavior of the eccentrically compressed cold-formed stainless steel square hollow-section columns with the results of the analysis. The ultimate buckling strength of the square-section members were determined with the use of a numerical method in accordance with the bending moment-axial force (M-P) interaction curves. The behavior of each specimen was displayed in the form of a moment-radian (M-${\theta}$) relationship. The numerically obtained ultimate-buckling interaction curves of the beam columns coincided with the results of the experiments.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.4
no.1
s.11
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pp.87-95
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2004
This paper shows the study on the capacity of H-shape column at elevated temperature in fire. The main parameters are temperatures, slenderness ratios and load ratios. The physical properties of steel material at elevated temperatures are according to EC3 Part 1.2. The critical temperature of local buckling at elevated temperatures are lower when the yield strength of the material is higher, and when the ratios of width-thickness of plates are larger. The evaluation capacity of uniformly heated steel cloumns were considered to axial forces, moments of strong axis and weak axis to the LRFD.
This paper deals with the strength and deformation of both short and slender concrete filled steel tubular columns under the combined actions of axial compression and bending moment. Sixteen specimens were tested to investigate the effect of fiber reinforced concrete on the ultimate strength and behavior of the composite column. The primary test parameters were load eccentricity and column slenderness. Companion tests were also undertaken on eight numbers of similar empty steel tubes to highlight the synergistic effects of composite column. The test results demonstrate the influence of fiber reinforced concrete on the strength and behavior of concrete filled steel tubular columns.
This paper presents results of a non-linear finite element analysis of axially loaded slender hollow structural section (HSS) columns, strengthened using high modulus carbon-fiber reinforced polymer (CFRP) longitudinal sheets. The model was developed and verified against both experimental and other analytical models. Both geometric and material nonlinearities, which are attributed to the column's initial imperfection and plasticity of steel, respectively, are accounted for. Residual stresses have also been modeled. The axial strength in the experimental study was found to be highly dependent on the column's imperfection. Consequently, no specific correlation was established experimentally between strength gain and amount of CFRP. The model predicted the ultimate loads and failure modes quite reasonably and was used to isolate the effects of CFRP strengthening from the columns' imperfections. It was then used in a parametric study to examine columns of different slenderness ratios, imperfections, number of CFRP layers, and level of residual stresses. The study demonstrated the effectiveness of high modulus CFRP in increasing stiffness and strength of slender columns. While the columns' imperfections affect their actual strengths before and after strengthening,the percentage gain in strength is highly dependent on slenderness ratio and CFRP reinforcement ratio, rather than the value of imperfection.
Concrete filled steel tubular (CFST) member has been widely used in the construction of high-rise buildings for its high axial bearing capacity. It can also be applied on long-span structures such as spatial structures or bridges not only for its high bearing capacity but also for its construction convenience. Concrete casting effect of CFST member is considered in the study of its bearing capacity in this paper. Firstly, in order to authenticate the applicability of constitutive relationship and yield criterion of steel and concrete based on FEM, two ANSYS models are built to simulate and compared with other's test. Secondly, in order to find the huge difference in bearing capacity due to different construction processes, two full-size CFST models are studied when they are horizontally cast and axially compressed. Finally, the effects of slenderness ratio (L/D) and confining parameter (D/t) of CFST members are studied to reveal the intrinsic links between bearing capacity and slenderness ratio or confining parameter.
The influence of cracks on the elastic deflection and ultimate bearing capacity of eccentric thin-walled columns with both ends pinned was studied in this paper. First, a method was developed and applied to determine the elastic deflection of the eccentric thin-walled columns containing some model-I cracks. A trigonometric series solution of the elastic deflection equation was obtained by the Rayleigh-Ritz energy method. Compared with the solution presented in Okamura (1981), this solution meets the needs of compatibility of deformation and is useful for thin-walled columns. Second, a two-criteria approach to determine the stability factor ${\varphi}$ has been suggested and its analytical formula has been derived. Finally, as an example, box columns with a center through-wall crack were analyzed and calculated. The effects of cracks on both the maximum deflection and the stability coefficient ${\varphi}$ for various crack lengths or eccentricities were illustrated and discussed. The analytical and numerical results of tests on the columns show that the deflection increment caused by the cracks increases with increased crack length or eccentricity, and the critical transition crack length from yielding failure to fracture failure ${\xi}_c$ is found to decrease with an increase of the slenderness ratio or eccentricity.
Plastic wastes, particularly polyethylene terephthalate (PET) generated from used bottled water constitute a worldwide environmental issue. Reusing the PET waste for geotechnical applications not only reduces environmental burdens of handling the waste, but also improves inherent engineering properties of soil. This paper investigated factors affecting shear strength improvement of PET-mixed residual soil. Four variables were considered: (i) plastic content; (ii) plastic slenderness ratio; (iii) plastic size; and (iv) soil particle size. A series of unconfined compression tests were performed to determine the optimum configurations for promoting the shear strength improvement. The results showed that the optimum slenderness ratio and PET content for shear strength improvement were 1:3 and 1.5%, respectively. Large PET pieces (i.e., $1.0cm^2$) were favorable for fine-grained residual soil, while small PET pieces (i.e., $0.5cm^2$) were favorable for coarse-grained residual soil. Higher shear strength improvement was obtained for PET-mixed coarse-grained residual soil (148%) than fine-grained residual soils (117%). The orientation of plastic pieces in soil and frictional resistance developed between soil particles and PET surface are two important factors affecting the shear strength performance of PET-mixed soil.
In order to investigate mechanical properties and load-bearing capacity of T-shaped Concrete-Filled Square Steel Tubular (TCFST) composite columns under eccentric axial load, three T-shaped composite columns were tested under eccentric compression. Experimental results show that failure mode of the columns under eccentric compression was bending buckling of the whole specimen, and mono column performs flexural buckling. Specimens behaved good ductility and load-bearing capacity. Nonlinear finite element analysis was also employed in this investigation. The failure mode, the load-displacement curve and the ultimate bearing capacity of the finite element analysis are in good agreement with the experimental ones. Based on eccentric compression test and parametric finite element analysis, the calculation formula for the equivalent slenderness ratio was proposed and the bearing capacity of TCFST composite columns under eccentric compression was calculated. Results of theoretical calculation, parametric finite element analysis and eccentric compression experiment accord well with each other, which indicates that the theoretical calculation method of the bearing capacity is advisable.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.27
no.3
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pp.447-456
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2021
Methods for predicting the ultimate/buckling strength of ship structures have been extensively improved in terms of design formulas and analytical solutions. In recent years, the design strategy of ships and offshore structures has tended to emphasize lighter builds and improve operational safety. Therefore, the corresponding geometrical changes in design necessitate the use of high-tensile steel and thin plates. However, the existing design formulas were mainly developed for thick plates and mild steels. Therefore, the calculation methods require appropriate modification for new designs beased on high-tensile steel and thin plates. In this study, a modified formula was developed to predict the ultimate strength of thin steel plates subjected to compressive and shear loads. Based on the numerical results, the effects of the yield stress, slenderness ratio, and loading condition on the buckling/ultimate strength of steel plates were examined, and a newly modified double-beta parameter formula was developed. The results were used to derive and modify existing closed-form expressions and empirical formulas to predict the ultimate strength of thin-walled steel structures.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2004.10a
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pp.677-680
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2004
This study investigates the buckling evaluation of connecting rods used in the diesel engine through finite element analysis. The Rankine formula, which is modified from classical Euler‘s formula, has been widely accepted in automotive industry to evaluate the buckling of connecting rods. Apparently, this formula is most suitable for the straight and idealized rod shape, and over-simplifies the geometric complexity associated with connecting rods. The subspace iteration method in FEA is used to predict the critical buckling stress of a connecting rod with certain slenderness ratio. To create models with various slenderness ratios for shank portion in the rod, the automatic meshing preprocessor was implemented. Results from FEA were verified by the experiments, in which the embedded strain gages measured for the connecting rod running at 4000rpm. The result indicates that the buckling prediction curve through FEA and experiment is effectively different from the curve of classical Rankine formula.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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