In this study, fire resistance tests were conducted to evaluate the fire resistance performance of unprotected and non-welded CFT columns in relation to the shape and size of cross-sections. Unprotected slot-type CFT columns which were ${\square}300$ and ${\square}500$ in dimensions resisted fire for 125 minutes and more than 180 minutes, respectively. Strain analysis showed that slot-type CFT columns were more ductile than welded CFT columns. The temperatures of central parts measured when welded CFT columns and slot-type CFT columns had lost fire resistance performance were higher in the former than the latter. Therefore, slot connection does not a great influence on the temperatures inside the concrete.
Park, Su Hee;Ryoo, Jae Yong;Chung, Kyung Soo;Choi, Sung Mo
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.19
no.6
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pp.703-714
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2007
The aim of this research is to evaluate the fire resistance of concrete-filled steel square tube columns (square CFT columns) under constant axial loads by numerical analysis. The authors examined the experimental results on the fire resistance of concrete-filled steel square tube columns without fire protection. As the materials of CFT columns, steel of SPSR 400 grade and concrete of 27.5MPa and 37.8MPa strengths were used. The significant parameters were determined, such as load ratio, cross-sectional dimensions, and concrete strength. Detailed analytical simulations of fire resistance and axial deformation showed good agreement with the experimental observations. Therefore, this numerical analysis exhibited a reasonable estimation of fire resistance of the square CFT column. Results of the numerical parametric studies showed that the fire resistance of the CFT columns increased with the decrease of the concrete strength and the increase of the cross-sectional dimensions about the constant axial load ratio ($N/N_c$).
Concrete-filled square steel tube (CFT) columns have inherently high fire resistance and load-bearing capacity. Nevertheless, it is sometimes necessary to improve their fire resistance using external fire protection. This paper presents the experimental results of the temperature distribution of CFT columns with fire protection. A fire load test was carried out by exposing small-scale specimens to heat in an electric furnace that was especially built for testing loaded columns. The temperature distribution of CFT columns under constant axial loads was determined, as were its significant parameters, such as the types of fire protection and thickness, the thickness of the square CFT, and the fire duration times. The results of this study showed the temperature distribution of each specimen of the electric furnace and the temperature distribution properties of concrete and steel. In addition, the axial displacement and local buckling behavior of CFT columns based on temperature changes was observed.
The concrete-filled steel tube (CFT) columns have several benefits of high load-bearing capacity, inherent ductility and toughness because of the confinement effect of the steel tube on concrete and the restraining effect of the concrete on local buckling of steel tube. However, the experimental research into the behavior of square CFT columns consisting of high-strength steel and high-strength concrete is limited. Six full scale CFT specimens were tested under flexural moment. The CFT columns consisted of high-strength steel tubes ($f_y$ = 325 MPa, 555 MPa, 900 MPa) and high-strength concrete ($f_{ck}$ = 80 MPa and 120 MPa). The ultimate capacity of high strength square CFT columns was compared with AISC-LRFD design code. Also, this study was focused on investigating the effect of high-strength materials on the structural behavior and the mathematical models of the steel tube and concrete. Nonlinear fiber element analyses were conducted based on the material model considering the cyclic bending behavior of high-strength CFT members. The results obtained from the numerical analyses were compared with the experimental results. It was found that the numerical analysis results agree well with the experimental results.
Concrete Filled steel Tube(CFT) Column has an excellent structural capacities in accordance with an interaction effect between the steel tube and concrete. Recently, CFT structure has been focussed on a structural system for a high-rise buildings. The purpose of this study is to evaluate a strength and deformation capacity of CFT square columns subjected to constant axial and cyclic lateral load. The test parameters are diameters to thickness ratio of steel tube, axial load ratios, concrete strengths, load applying types and whether or not filled concrete. Total sixteen specimens are fabricated to clarify the energy absorbtion capacity of CFT columns. Experimental results are summarized for maximum strength, initial stiffness and deformation capacity.
This paper presents a plan and guidelines that were drawn for Korean based research carried out on the fire-resistance of CFT columns. This research was carried out by reviewing the Korean regulations related to the fire-resistance of CFT columns and examining studies which had been made in Korea as well as overseas. The first phase of the study plan was to compare the fire-resistance of square CFT columns without fire protection (obtained through fire-resistance tests and numerical analyses) with estimated values (obtained through fire-resistance design formulas proposed in Korea and overseas). This comparison provided conclusions as outlined below. Fire-resistance tests conducted in this study proved that, when the actual design load is taken into consideration, square CFT columns without fire protection are able to resist a fire for more than one hour. A comparison was made of test and analysis results with the fire-resistance time based on the AIJ code, the AISC design formula and the estimation formula suggested for Korea. The results of this comparison showed that the test and analysis results for specimens SAH1, SAH2-1, SAH2-2 and SAH3 were almost identical with the AIJ code, the AISC design formula and estimation formula. For specimens SAH4 and SAH5, the estimation formula was more conservative than the AIJ code and the AISC design formula. It was necessary to identify the factors that have an influence on the fire-resistance of CFT columns without fire protection and to draw fire-resistance design formulas for these columns. To achieve this, it is proposed that numerical analyses and tests be conducted in order to evaluate the fire-resistance of circular CFT columns, the influence of eccentricity existing as an additional factor and the influence of the slenderness ratio of the columns. It is also suggested that the overall behavior of CFT structures without fire protection within a fire be evaluated through analysis simulation.
Existing tubes for concrete filled tubular structure are made through welding of four plates irrespective, but the production performance is poor and special welding technique is needed to weld the internal or through diaphragm. Accordingly, We developed a welded built-up square steel tube having a welding lines and a stiffeners at location out of stress concentration. The welded built-up square steel tube occurred a interference with stiffeners at the internal or through diaphragm, therefore researches of a external diaphragm for welded built-up square CFT column connections are needed for the purpose of avoidance of a interfere with stiffeners. In this study we suggest a design formulation for external diaphragm of the welded built-up square CFT external diaphragm connections. Four specimens were manufactured for a experimental test, then we analyzed the behaviors of the specimens.
This paper presents a probabilistic investigation of American and European specifications (i.e., AISC and Eurocode 4) for square concrete-filled steel tubular (CFT) stub columns. The study is based on experimental results of 100 axially loaded square CFT stub columns from the literature. By comparing experimental results for ultimate loads with code-predicted column resistances, the uncertainty of resistance models is analyzed and it is found that the modeling uncertainty parameter can be described using random variables of lognormal distribution. Reliability analyses were then performed with/without considering the modeling uncertainty parameter and the safety level of the specifications is evaluated in terms of sufficient and uniform reliability criteria. Results show that: (1) The AISC design code provided slightly conservative results of square CFT stub columns with reliability indices larger than 3.25 and the uniformness of reliability indices is no better because of the quality of the resistance model; (2) The uniformness of reliability indices for the Eurocode 4 was better than that of AISC, but the reliability indices of columns designed following the Eurocode 4 were found to be quite below the target reliability level of Eurocode 4.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.6
no.2
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pp.32-39
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2015
So far, square concrete filled tubular(CFT) columns have been used in a limited width thickness ratio. The reason is that local buckling occurs in steel tube easily. Once the local buckling occurs, the confinement effect of steel tube on concrete disappears. In this study, we developed welded built-up square steel tube with reinforcement which are placed at the center of the tube width acts as an anchor. 3 specimens of slender welded built-up square CFT columns and 3 specimens of slender welded built-up square steel tube columns were manufactured with parameters of width(B) of steel tube, width thickness ratio(B/t). we conducted a experimental test on the 6 specimens under eccentric load, and evaluated the structural resistance and behavior of 6 specimens.
Generally, a box tube, which is used for an existing square CFT structure, is made by welding four plates. The manufacturing efficiency of this steel tube is poor, and it also needs special welding technology to weld its internal diaphragm and the through diaphragm. Therefore, an interior-anchor-type square steel tube was developed using the method of cold-forming thin plates to prevent welding of the stress concentration position, and to maximize the section efficiency. And, considering of the flow of beam flange load, the efficiency of erection and the weldability of the diaphragm to thin walled steel column, the external diaphragm connection was selected as the suitable type for the welded built-up square CFT column to beam connection. And, an analytical study and tests were conducted to evaluate the structural performance of the suggested connection details and to verify the suggested equations for the connection details. Through this study, the composite effect of the internal anchor to concrete, the resistance and stress distribution of the connections before and after the existing column is welded to the beam, the effective location of welding in connection were analyzed.
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