This paper presents an experimental study on the behavior of axially-loaded steel RHS (rectangular hollow section) compression members that are partially reinforced along their lengths with welded steel plates. 28 slender column tests were carried out to investigate the effects of the slenderness ratio of the unreinforced member and the ratio of the reinforced length of the member to its entire length. In addition to the slender column tests, 14 stub-column tests were conducted to determine the basic mechanical properties of the test specimens under uniform compression. Test results show that both the compressive strength and stiffness of an RHS member can be increased significantly compared to its unreinforced counterpart even when only the central quarter of the member is reinforced. Based on the limited test data, it can be concluded that partial reinforcement is, in general, more effective in members with larger slenderness ratios. A simple design expression is also proposed to predict the compressive strength of RHS columns partially reinforced along their length with welded steel plates by modifying the provisions of AISC 360-10 to account for the partial reinforcement.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.6
no.2
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pp.23-31
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2015
CFST columns are structurally superior because the concrete inside the steel tubes prevents local buckling at the tubes and the tubes confine the concrete. And, the thickness of steel tube in CFST column has been thinner with development of high-strengh steel. The thinner the steel tube of a square CFST column is, the more local buckling is likely to occur. For this reason, we developed welded built-up square steel tube with stiffeners which are placed at the center of the tube width acts as an anchor. In this study, we conduct experimental test for three specimens of the 4m long span welded built-up square CFT column with parameters of L/D and D/t. And, the test results were compared with the analysis results by M-${\phi}$-P Program.
Due to the confinement effects, Steel-Straps Tensioning Technique (SSTT) can significantly enhance the strength and ductility of high-strength concrete (HSC) members (Moghaddam et al. 2008). However, the enhancement especially in strength may result in slender member and more susceptible to instability (Jiang and Teng 2012a). This instability is particularly significant in HSC member as it inherent the brittle nature of the material (Galano et al. 2008). The current slenderness limit expression used in the design is mainly derived from the experiment and analysis results based on Normal strength concrete (NSC) column and therefore the direct application of these slenderness limit expressions to the HSC column is being questioned. Besides, a particular slenderness limit for the SSTT-confined HSC column which incorporated the pre-tensioned force and multilayers effects is not yet available. Hence, an analytical study was carried out in the view of developing a simple equation in order to determine the slenderness limit for HSC column confined with SSTT. Based on the analytical results, it was concluded that the existing slenderness limit expressions used in the design are appropriate for neither HSC columns nor SSTT-confined HSC columns. In this paper, a slenderness limit expression which has incorporated the SSTT-confinement effects is proposed. The proposed expression can also be applied to unconfined HSC columns.
In an experimental and analytical study on the structural behavior of slender circular steel-concrete composite columns, eleven specimens were tested to investigate the effects of three ways to apply a load to a column. The load was applied eccentrically to the concrete section, to the steel section or to the entire section. Three-dimensional nonlinear finite element models were established and verified with the experimental results. The analytical models were also used to study how the behavior of the column was influenced by the bond strength between the steel tube and the concrete core and the by confinement of the concrete core offered by the steel tube. The results obtained from the tests and the finite element analyses showed that the behavior of the column was greatly influenced by the method used to apply a load to the column section. When relying on just the natural bond, full composite action was achieved only when the load was applied to the entire section of the column. Furthermore, because of the slenderness effects the columns did not exhibit the beneficial effects of composite behavior in terms of increased concrete strength due to the confinement.
This paper presents an efficient approach to the determination of the buckling loads of down-aisle, spliced, unbraced, pallet rack structures subjected to vertical and horizontal loads. A pallet rack structures is analysed by considering the stability equations of an equivalent free-sway column. The effects of semi-rigid beam-to-upright, splice-to-upright and base-plate-to-upright connections are fully incorporated into the analysis. Each section of upright between successive beam levels in the pallet rack is considered to be a single column element with two rotational degrees of freedom. A computer algebra package was used to determine modified stability equations for column elements containing splices. The influence of the position of splices in a pallet rack is clearly demonstrated.
This paper aims to examine the behavior of slender reinforced concrete columns confined with external glass fiber reinforced polymers (GFRP) sheets under eccentric loads. The experimental work conducted in this paper is an extension to previous work by the author concerning the behavior of eccentrically loaded short columns strengthened with GFRP wrapping. In this study, nine reinforced concrete columns divided into three groups were casted and tested. Three eccentricity ratios corresponding to e/t = 0, 0.10, and 0.50 in one direction of the column were tested in each group. The first group was the control one without confinement with slenderness ratio equal 20. The second group was the same as the first group but fully wrapped with one layer of GFRP laminates. The third group was also fully wrapped with one layer of GFRP laminates but having slenderness ratio equal 15. The experimental results of another two groups from the previous work were used in this study to investigate the difference between short and slender columns. The first was control one with slenderness ratio equal 10 and the second was fully wrapped and having the same slenderness ratio. All specimens were loaded until failure. The ultimate load, axial deformation, strain in steel bars, and failure mechanisms of each specimen were generated and analyzed. The results show that GFRP laminates confining system is less effective with slender columns compared with short one, but this solution is still applied and it can be efficiently utilized especially for slender columns with low eccentric ratio.
A finite element (FE) model for analyzing slender reinforced high-strength concrete (HSC) columns under biaxial eccentric loading is formulated in terms of the Euler-Bernoulli theory. The cross section of columns is divided into discrete concrete and reinforcing steel fibers so as to account for varied material properties over the section. The interaction between axial and bending fields is introduced in the FE formulation so as to take the large-displacement or P-delta effects into consideration. The proposed model aims to be simple, user-friendly, and capable of simulating the full-range inelastic behavior of reinforced HSC slender columns. The nonlinear model is calibrated against the experimental data for slender column specimens available in the technical literature. By using the proposed model, a numerical study is carried out on pin-ended slender HSC square columns under axial compression and biaxial bending, with investigation variables including the load eccentricity and eccentricity angle. The calibrated model is expected to provide a valuable tool for more efficiently designing HSC columns.
Patel, Vipulkumar Ishavarbhai;Liang, Qing Quan;Hadi, Muhammad N.S.
Interaction and multiscale mechanics
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v.5
no.2
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pp.91-104
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2012
There is relatively little numerical study on the behavior of eccentrically loaded high strength rectangular concrete-filled steel tubular (CFST) slender beam-columns with large depth-to-thickness ratios, which may undergo local and global buckling. This paper presents a multiscale numerical model for simulating the interaction local and global buckling behavior of high strength thin-walled rectangular CFST slender beam-columns under eccentric loading. The effects of progressive local buckling are taken into account in the mesoscale model based on fiber element formulations. Computational algorithms based on the M$\ddot{u}$ller's method are developed to obtain complete load-deflection responses of CFST slender beam-columns at the macroscale level. Performance indices are proposed to quantify the performance of CFST slender beam-columns. The accuracy of the multiscale numerical model is examined by comparisons of computer solutions with existing experimental results. The numerical model is utilized to investigate the effects of concrete compressive strength, depth-to-thickness ratio, loading eccentricity ratio and column slenderness ratio on the performance indices. The multiscale numerical model is shown to be accurate and efficient for predicting the interaction buckling behavior of high strength thin-walled CFST slender beam-columns.
The paper is intended to propose design strength of slender steel reinforced beam-columns by using the modified superposed method. The design of composite members is carried out by a superposed strength method in AIJ (Architectural Institute of Japan) design method. The bearing capacities of the steel part and the concrete part have to be determined separately and then added to a combined capacity. Authors have proposed a new superposed method in a modified form for the slender composite beam-columns and reinforced column. The modified superposed method is adopted for the slender steel reinforced beam-columns. Validation of the modified superposed method is undertaken by comparison with analytical results calculated assuming a sine curve deflected shape of the beam-columns, and with the test results conducted in Japan.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2000.10a
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pp.247-252
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2000
The practical computer program COL3 was developed through this study to design of arbitrarily shaped reinforced concrete slender columns subjected to combined compression and biaxial bending. The program COL3 has been developed for user-friendly environment using spreadsheets. Several examples including for analysis of geometrically complex column sections subjected biaxial bending are introduced in this paper.
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