This paper presents an experimental and analytical study on the behavior of concrete-filled tubular stub columns concentrically loaded in compression to fail. Total eleven specimens were tested and test parameters are the depth-to-thickness ratios of steel tube and the ratio of concrete cylinder strength-to-yield stress of steel tube. Depth-to-thickness ratios of steel tube between 20.22
Current steel-framed building design codes are based on theoretical and experimental researches on the conventional structural steel. However, the yield phenomenon of austenitic stainless steel, which is characterized by continuous yielding, is quite different from that of conventional structural steel. The offset strength, which should determine the design strength, may affect the limits of width-thickness ratio of current design codes. Stub column test results showed that the limits of width-thickness ratio satisfied both ASD and LRFD codes when 0.2% offset strength was regarded as design strength. In addition, the local buckling strengths of all stainless steel stub columns did not decrease rapidly compared with those of conventional structural steel columns, even though the width-thickness ratio exceeded the design limit.
The effect of element interaction and material nonlinearity on the ultimate capacity of stainless steel plated cross-sections is investigated in this paper. The focus of the research lies in cross-sections failing by local buckling; member instabilities, distortional buckling and interactions thereof with local buckling are not considered. The cross-sections investigated include rectangular hollow sections (RHS), I sections and parallel flange channels (PFC). Based on previous finite element investigations of structural stainless steel stub columns, parametric studies were conducted and the ultimate capacity of the aforementioned cross-sections with a range of element slendernesses and aspect ratios has been obtained. Various design methods, including the effective width approach, the direct strength method (DSM), the continuous strength method (CSM) and a design method based on regression analysis, which accounts for element interaction, were assessed on the basis of the numerical results, and the relative merits and weaknesses of each design approach have been highlighted. Element interaction has been shown to be significant for slender cross-sections, whilst the behaviour of stocky cross-sections is more strongly influenced by the material strain-hardening characteristics. A modification to the continuous strength method has been proposed to allow for the effect of element interaction, which leads to more reliable ultimate capacity predictions. Comparisons with available test data have also been made to demonstrate the enhanced accuracy of the proposed method and its suitability for the treatment of local buckling in stainless steel cross-sections.
High-strength structural bolts have been utilized for beam-to-column connections in steel-framed structural buildings. Failure of these components may be caused by the bolt shank fracture or threads stripping-off, documented in the literature. Furthermore, these structural bolts are galvanized for corrosion resistance or quenched-and-tempered in the manufacturing process. This paper adopted the finite element simulation to demonstrate discrete mechanical performance for these bolts under tensile loading conditions, the coated and uncoated numerical model has been built up for two numerical integration methods: explicit and implicit. Experimental testing and numerical methods can fully approach the failure mechanism of these bolts and their ultimate load capacities. Comparison has also been conducted for two numerical integration methods, demonstrating that the explicit integration procedure is also suitable for solving quasi-static problems. Furthermore, by using precise bolt models in T-Stub, more accurately simulate the mechanical behavior of T-Stub, which will lay the foundation of the mechanical properties of steel bolted joints.
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.
In this study, circular thin-walled reinforced high strength concrete-filled steel tube (RHSCFST) stub columns with various tube thicknesses (i.e., 1.8, 2.5 and 3.0mm) and reinforcement ratios (i.e., 0, 1.6%, 2.4% and 3.2%) were fabricated to explore the influence of these factors on the axial compressive behavior of RHSCFST. The obtained test results show that the failure mode of RHSCFST transforms from outward buckling and tearing failure to drum failure with the increasing tube thickness. With the tube thickness and reinforcement ratio increased, the ultimate load-carrying capacity, compressive stiffness and ductility of columns increased, while the lateral strain in the stirrup decreased. Comparisons were also made between test results and the existing codes such as AIJ (2008), BS5400 (2005), ACI (2019) and EC4 (2010). It has been found that the existing codes provide conservative predictions for the ultimate load-carrying capacity of RHSCFST. Therefore, an accurate model for the prediction of the ultimate load-carrying capacity of circular thin-walled RHSCFST considering the steel reinforcement is developed, based on the obtained experimental results. It has been found that the model proposed in this study provides more accurate predictions of the ultimate load-carrying capacity than that from existing design codes.
According to the Korean Building Code (KBC), the validity of the application of 800MPa grade steel(HSA800) to composite column should be verified by experimental or analytical method. Thus, stub column tests for encased and filled composite members with HSA800 steel were conducted, and axial strength and the validity of design compressive strength equations in KBC were evaluated. The test results show that the equation of the compressive strength of encased composite column member in KBC should be modified in order to use HSA800 steel without any reduction of specified minimum yield strength. For this purpose, it is suggested that the interval of hoop should be narrowed and the effective concrete area should be used. The equation of the compressive strength of filled composite column member in KBC is applicable to filled composite column with HSA800 steel without any modification.
Kim, Hyung Geun;Kim, Myeong Han;Cho, Nam Gyu;Kim, Sang Seup;Kim, Sang Dae
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.21
no.5
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pp.545-552
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2009
An experimental study was performed on the yLRC composite column. Its external surface was manufactured with y-shape steel sheets and L-shape steel angles, and concrete was poured inside in the field. This composite column has improved the section capacity due to the composite action of steel and concrete, and provides good efficiency in reducing the terms of construction works because of its abridged formworks. The stub column specimens (three small and three large specimens) were tested through concentrical axial loading, and the effect of the width-to-thickness ratio of the steel angle on the column axial strength was examined. The axial strength and behavior of the composite columns were analyzed, and a formula for predicting the axial load capacity was proposed.
This study investigated to the properties of structural behaviors through a series of experiment with the key parameter, such as diameter-to-thickness(D/t) ratio, selenderness ratio of steel t~ube and strength of concrete under loading condition simple confined concrete by steel tube as a fundmental study on adaptability with structural members in high-rise building. The obtained results are sumnarised as follow. (1) The fracture mode of confined concrete was presented digonal tension fracture in the direction of $45^{\circ}$ with compression failure at the end of specimen in stub column, but the fracture mode of long column was assumed an aspect of bending fracture transversely. (2) The deformation capacity and ductility effect was increased by confine steel tube for concrete. (3) 'The emprical formula to predict the ultimate capacity of confined concrete by steel tube and concrete filled steel tube column using restraint of concrete considered D / t ratio, selenderness ratio of steel tube anti strength of' concrete were proposed.
G, Beulah Gnana Ananthi;Roy, Krishanu;Lim, James B.P.
Steel and Composite Structures
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v.42
no.4
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pp.513-538
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2022
This paper reports on experiments addressing the buckling and collapse behavior of an innovative built-up cold-formed steel (CFS) columns. The built-up column consists of four individual CFS lipped channels, two of them placed back-to-back at the web using two self-drilling screw fasteners at specified spacing along the column length, while the other two channels were connected flange-to-flange using one self-drilling screw fastener at specified spacing along the column length. In total, 12 experimental tests are reported, covering a wide range of column lengths from stub to slender columns. The initial geometric imperfections and material properties were determined for all test specimens. The effect of screw spacing, load-versus axial shortening behaviour and buckling modes for different lengths and screw spacing were investigated. Nonlinear finite element (FE) models were also developed, which included material nonlinearities and initial geometric imperfections. The FE models were validated against the experimental results, both in terms of axial capacity and failure modes of built-up CFS columns. Furthermore, using the validated FE models, a parametric study was conducted which comprises 324 models to investigate the effect of screw fastener spacing, thicknesses and wide range of lengths on axial capacity of back-to-back and flange-to-flange built-up CFS channel sections. Using both the experimental and FE results, it is shown that design in accordance with the American Iron and Steel Institute (AISI) and Australia/New Zealand (AS/NZS) standards is slightly conservative by 6% on average, while determining the axial capacity of back-to-back and flange-to-flange built-up CFS channel sections.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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