Tubular construction is widely used in a range of civil and structural engineering applications. To date, the principal product range has comprised square, rectangular and circular hollow sections. However, hot-rolled structural steel elliptical hollow sections have been recently introduced and offer further choice to engineers and architects. Currently though, a lack of fundamental structural performance data and verified structural design guidance is inhibiting uptake. Of fundamental importance to structural metallic design is the concept of cross-section classification. This paper proposes slenderness parameters and a system of cross-section classification limits for elliptical hollow sections, developed on the basis of laboratory tests and numerical simulations. Four classes of cross-sections, namely Class 1 to 4 have been defined with limiting slenderness values. For the special case of elliptical hollow sections with an aspect ratio of unity, consistency with the slenderness limits for circular hollow sections in Eurocode 3 has been achieved. The proposed system of cross-section classification underpins the development of further design guidance for elliptical hollow sections.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.23
no.2
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pp.61-68
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2023
A two-hour fire-resistance PC hollow slab for residential use was developed to secure structural and fire-resistance performance and to be applied to the general building and apartment housing markets. Compared to the existing hollow slab, in order to secure the same or better structural performance and economic feasibility by reducing the quantity, it was attempted to secure the fire resistance performance by reducing the concrete filling rate in the cross section and adjusting the thickness of the upper and lower flanges by optimizing the hollow shape in the cross section of the slab. For structural performance evaluation, experiments were performed on PC hollow slabs by varying the member thickness and the presence or absence of overlaid concrete, and all of the experimental results showed that the design strength was sufficiently exhibited and that stability during construction was possible. The developed synthetic PC hollow slab has secured fire resistance and residential performance so that it can be applied to all buildings, and it is intended to be immediately applied to the field.
The investigation on the behaviour of cold-formed stainless steel non-slender circular hollow section columns is presented in this paper. The normal strength austenitic stainless steel type 304 and the high strength duplex materials (austenitic-ferritic approximately equivalent to EN 1.4462 and UNS S31803) were considered in this study. The finite element method has been used to carry out the investigation. The columns were compressed between fixed ends at different column lengths. The geometric and material nonlinearities have been included in the finite element analysis. The column strengths and failure modes were predicted. An extensive parametric study was carried out to study the effects of normal and high strength materials on cold-formed stainless steel non-slender circular hollow section columns. The column strengths predicted from the finite element analysis were compared with the design strengths calculated using the American Specification, Australian/New Zealand Standard and European Code for cold-formed stainless steel structures. The numerical results showed that the design rules specified in the American, Australian/New Zealand and European specifications are generally unconservative for the cold-formed stainless steel non-slender circular hollow section columns of normal and high strength materials, except for the short columns and some of the high strength stainless steel columns. Therefore, different values of the imperfection factor and limiting slenderness in the European Code design rules were proposed for cold-formed stainless steel non-slender circular hollow section columns.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.13
no.4
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pp.75-81
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2013
The circular hollow section is usually used for member of main frame to carry the external load in single layer lattice dome. But, the H-shaped section may be used for member of main frame since it is convenient for attaching roof panels. Single layer lattice domes have various buckling characteristics, such as the overall buckling, the member buckling, and nodal buckling. The purpose of this study is to compare buckling characteristics of single-layer lattice domes in which the H-shaped steel section as the existing domestically-produced structural steel is used as main frames to those of domes in which a circular hollow section is used as main frames.
A numerical model is presented to simulate the mechanical behaviour of composite steel and concrete columns taking into account the interaction between the hollow steel section and the concrete core. The model, based on displacement finite element methods with an Updated Lagrangian formulation, allows for geometrical and material non linearities combined with heating over all or a part of the section and column length. Comparisons of numerical calculations made using the model with 33 fire resistance tests show that the model is able to predict the fire resistance, expressed in minutes of fire exposure, of composite columns with a good accuracy.
This paper describes the design and behaviour of cold-formed stainless steel slender circular hollow section columns. The columns were compressed between fixed ends at different column lengths. The investigation focused on large diameter-to-plate thickness (D/t) ratio ranged from 100 to 200. An accurate finite element model has been developed. The initial local and overall geometric imperfections have been included in the finite element model. The material nonlinearity of the cold-formed stainless steel sections was incorporated in the model. The column strengths, load-shortening curves as well as failure modes were predicted using the finite element model. The nonlinear finite element model was verified against test results. An extensive parametric study was carried out to study the effects of cross-section geometries on the strength and behaviour of stainless steel slender circular hollow section columns with large D/t ratio. The column strengths predicted from the parametric study were compared with the design strengths calculated using the American Specification, Australian/New Zealand Standard and European Code for cold-formed stainless steel structures. It is shown that the design strengths obtained using the Australian/New Zealand and European specifications are generally unconservative for the cold-formed stainless steel slender circular hollow section columns, while the American Specification is generally quite conservative. Therefore, design equation was proposed in this study.
A finite element analysis study was performed to investigate the behavior and strength of a Plate-Circular Hollow Section joint stiffened with Rib-plate, Since The strength of plate-Circular Section joint is reduced by joint of stress and local plastic deformation which is caused by wall moment, rib plates are attached to the upper and lower Plate-Circular Hollow Section joint for redistribution of stress. The behaviors of joints stiffened with Rib-plate according to shape of rib and reinforcing method, etc are different from those of joints which is not stiffened. However, the criterion of hollow structural section was limited on some parts. Therefore, this study intends to investigate the behavior and structural capacity of Plate-Circular Hollow Section joints stiffened with Rib-plate and compare the Finite element analysis with the Design Equation. Finally, this study proposes the reasonable ultimate strength formula through the comparisons with other design guide.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.27
no.1
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pp.1-8
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2023
At construction sites, interest in the production of precast materials is increasing due to off-site conditions due to changes in construction site conditions due to increased labor costs and the Act on the Punishment of Serious Accidents. In particular, the precast prestressed hollow slab has a hollow shape in the cross section, so structural performance is secured by reducing weight and controlling deflection through stranded wires. With the application of structural standards, the urgency of securing fire resistance performance is emerging. In this study, a fire-resistance cross section was developed by reducing the concrete filling rate in the cross section and improving the upper and lower flange shapes by optimizing the hollow shape in the cross section of the slab to have the same or better structural performance and economic efficiency compared to the existing hollow slab. The PC hollow slab to which this was applied was subjected to a two-hour fire resistance test using the cross-sectional thickness as a variable, and as a result of the test, fire resistance performance (load bearing capacity, heat shielding property, flame retardance property) was secured. Based on the experimental results, it is determined that fire resistance modeling can be established through numerical analysis simulation, and prediction of fire resistance analysis is possible according to the change of the cross-sectional shape in the future.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.25
no.6
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pp.541-548
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2012
The hollow slab has advantages that its self-weight does not greatly increase notwithstanding the increase of its thickness and its flexural performance does not significantly degrade in comparison with general reinforced concrete slab. However, the utilization of the hollow slab is currently being underestimated in spite of structural system that enables economic design of building and construction of eco-friendly structure. the significant reasons for this situation is that the method of structural analysis and design for hollow slab is not generalized. In this study, to consider practical compressive zone of hollow slab, the equation for its flexural strength is proposed by the volume of compressive stress block according to neutral axis location in hollow section assumed. Existing estimation method of flexural strength of hollow slab considering only compressive zone above hollow part is evaluated as the most conservative method and the method estimating flexural strength by two alternative cross-section of hollow slab is evaluated as more practical method.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.24
no.6
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pp.59-66
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2020
Two octagonal RC bridge columns of small scale model were tested under cyclic lateral load with constant axial load. One in two specimens was solid cross section, the other was hollow cross section. The volumetric ratio of transverse spiral hoop of all specimens is 0.00206. The columns showed flexure-shear failure. Failure behavior and seismic performance were investigated. The test results showed that the structural performance of the hollow specimen such as initial crack pattern, initial stiffness, and energy dissipation performance was comparable to that of the solid specimen, but the lateral strength, ultimate displacement, energy dissipation performance of hollow specimen noticeably decreased after drift ratio of 3%.
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