Tubular bridge rail was developed to restrain and redirect a 14ton van-type truck. The developed bridge rail permits better visibility than concrete safety-shape bridge rail, and it has better structural adequacy than the existing steel and aluminum bridge rails in Korea. The new bridge rail consists of a tubular thrie beam(TTB) rail and a steel guard rail, which are connected to composite posts. The TTB shape provides both better containment of diverse bumper heights and more tight fit between the ends of bridge rail and roadside guardrails than the existing bridge rail sections currently used in Korea. Making composite post by filling concrete inside the steel pipe of the same size as are used for the roadside guardrail post was found to be more efficient in increasing the stiffness and ultimate strength than simply increasing the size of the steel pipe. The system was crash-tested for the impact condition of 14ton-80km/h-$15^{\circ}$, and it satisfied all evaluation criteria set forth in NCHRP Report 350 for a Test Level 4 safety appurtenance. Acceptable performances were obtained in computer simulations for the impact condition of S2.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2007.04a
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pp.315-320
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2007
An effective reinforcement method for steel tubular joints having a large chord diameter is the use of internal ring stiffeners. This paper presents the results of a numerical study on the static strength of internally ring-stiffened tubular X- and T-joints subjected to brace axial compression loading. Nonlinear finite element analyses are used to compute the joint strength. The influence of geometrical parameters has been studied and the maximum reinforcement effect of a ring stiffener has been evaluated. A strength ratio is defined. by the ratio of ring-stiffened joint strength to unstiffened joint strength, and an equation for this strength ratio is derived by regression analysis. Design optimization for ring stiffener of tubular joints is carried out using metropolis genetic algorithm.
For an accurate analysis of hot stamping, a coupled simulation with different aspects of the process(i.e. mechanical, thermal, and phase transformation) is needed. However, coupled simulations are time consuming and costly. Therefore, the current study proposes a simplified method focused on the forming for the hot stamping simulation of a coupled torsion beam axle (CTBA) tubular beam. In this simplified method, non-isothermal conditions were assumed and only conduction was considered, since it represents the majority of the heat transfer during hot stamping. In addition, temperature and strain rate effects were also included. Moreover, an isothermal simulation was conducted and compared with a non-isothermal simulation. Finally, the simulations were verified by experiments. In conclusion, the proposed method is shown to be effective for the development of tube-type parts, and it effectively predicts the deformation of the tubular beam during hot stamping.
A new experimental technique was developed on the plate-inserted welded tubular joints of spatial grid structures. In the experimental technique, a microcomputer controlling instrument of moire intervention (MCIMI) was adopted. A test was designed on the plate-inserted welded tubular joints of spatial grid structures to show the effectiveness of the MCIMI technique. Both traditional electrical measuring technique and MCIMI technique were employed in the test. The test results showed that the MCIMI technique was feasible in the case of the complicated tests on steel structures. The MCIMI technique not only implemented the limitation of traditional electrical measuring technique, but also improved the accuracy of the test. According to the test results, we further examined the plate-inserted welded tubular joints in the cable-stayed spatial grids of the Binhai International Convention & Exhibition in Tianjin, China. The analysis showed the joints are safely designed with adequate conservatism. The research provided a new application of MCIMI in the field of large-scale structure engineering.
Concrete-filled steel tubular (CFT) columns are commonly used in engineering structures and always subjected to torsion in practice. This paper is thus devoted to investigate the mechanical behavior of circular CFT columns under pure torsion.3D finite element models based on reasonable material constitutive relation were established for analyzing the load-strain ($T-{\gamma}$) curves of circular CFT columns under pure torsion. The numerical simulation indicated that local bulking of the steel tube in CFT columns was prevented and the shear strength and ductility of the core concrete were significantly improved due to the confinement effect between the steel tube and the core concrete. Based on the results, formulas to predict the torsional ultimate bearing capacity of circular CFT columns were proposed with satisfactory correspondence with experimental results. Besides, formulas of composite shear stiffness and the overall process of the $T-{\gamma}$ relation of circular CFT columns under pure torsion were proposed.
Recently, Concrete-filled double skin steel tubular (CFDST) columns have proven an exceptional structural resistance in terms of strength, stiffness, and ductility. However, the resistance of these column members can be severely affected by the type of loading in which bending stresses increase in direct proportion with axial load and eccentricity value. This paper presents a non-linear finite element based modeling approach that studies the behavior of slender CFDST columns under biaxial loading. Finite element models were calibrated based on the outcomes of experimental work done by other researchers. Results from simulations of slender CFDST columns under axial loading eccentric in one direction showed good agreement with the experimental response. The calibrated models are expanded to a total of thirty models that studies the behavior of slender CFDST columns under combined compression and biaxial bending. The influences of parameters that are usually found in practice are taken into consideration in this paper, namely, eccentricity-to-diameter (e/D) ratios, slenderness ratios, diameter-to-thickness (D/t) ratios, and steel contribution ratios. Finally, an analytical study based on current code provisions is conducted. It is concluded that South African national standards (2011) provided the most accurate results contrasted with the Eurocode 4 (2004) and American Institute of Steel Construction (2016) that are found to be conservative. Accordingly, correction factors are proposed to the current design guidelines to provide more satisfactory results.
Espinos, Ana;Albero, Vicente;Romero, Manuel L.;Mund, Maximilian;Meyer, Patrick;Schaumann, Peter
Steel and Composite Structures
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v.32
no.4
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pp.521-536
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2019
The mechanical response of concrete-filled steel tubular (CFST) columns subjected to pure compression or uniaxial bending was studied in depth over the last decades. However, the available research results on CFST columns under biaxial bending are still scarce and the lack of experimental tests for this loading situation is evident. At the same time, the design provisions in Eurocode 4 Part 1.1 for verifying the stability of CFST columns under biaxial bending make use of a simplistic interaction curve, which needs to be revised. This paper presents the outcome of a numerical investigation on slender CFST columns subjected to biaxial bending. Eccentricities differing in minor and major axis, as well as varying end moment ratios are considered in the numerical model. A parametric study is conducted for assessing the current design guidelines of EN1994-1-1. Different aspect ratios, member slenderness, reinforcement ratios and load eccentricities are studied, covering both constant and variable bending moment distribution. The numerical results are subsequently compared to the design provisions of EN1994-1- 1, showing that the current interaction equation results overly conservative. An alternative interaction equation is developed by the authors, leading to a more accurate yet conservative proposal.
As China's infrastructure continues to grow, concrete filled steel tubular (CFST) structures are attracting increasing interest for use in engineering applications in earthquake prone regions owing to their high section modulus, high strength, and good seismic performance. However, in a corrosive environment, the seismic resistance of the CFST columns may be affected to a certain extent. This study attempts to investigate the mechanical behaviours of square CFST members under both a cyclic load and an acid rain attack. First, the tensile mechanical properties of steel plates with various corrosion rates were tested. Second, a total of 12 columns with different corrosion rates were subjected to a reversed cyclic load and tested. Third, comparisons between the test results and the predicted ultimate strength by using four existing codes were carried out. It was found that the corrosion leads to an evident decrease in yield strength, elastic modulus, and tensile strain capacity of steel plates, and also to a noticeable deterioration in the ultimate strength, ductility, and energy dissipation of the CFST members. A larger axial force ratio leads to a more significant resulting deterioration of the seismic behaviour of the columns. In addition, the losses of both thickness and yield strength of an outer steel tube caused by corrosion should be taken into account when predicting the ultimate strength of corroded CFST columns.
In order to deeply reveal the working mechanism of ultra-high performance concrete (UHPC) filled steel tubular columns (UHPCFSTs) under cyclic loading, a three-dimension (3D) macro-mesoscale finite element (FE) model was established considering the randomness of steel fibers and the damage of UHPC. Model correctness and reliability were verified based on the experimental results. Next, the whole failure process of UHPC reinforced with steel fibers, passive confinement effect and internal force distribution laws were comprehensively analyzed and discussed. Finally, a simplified and practical method was proposed for predicting the ultimate bending strengths of UHPCFSTs. It was found that the non-uniform confinement effect of steel tube occurred when the drift ratio exceeded 0.5%, while the confining stress increased then decreased afterwards. There was preferable synergy between the steel tube and UHPC until failure. Compared with experimental results, the ultimate bending strengths of UHPCFSTs were undervalued by the current code provisions such as AISC360-10, EC4 and GB50936 with computed mean values (MVs) of 0.855, 0.880 and 0.836, respectively. The proposed practical method was highly accurate, as evidenced by a mean value of 1.058.
The structural behavior of connections between concrete-filled rectangular tubular column (CFRT column) and steel beam has been studied in this paper through sub-assemblage loading tests. It is found that the sub-assemblages exhibit ductile restoring force characteristics under seismic loading. A formula for the prediction of the yield strength of each member in the connection is proposed by using the yield line theory under the assumption of a simple stress transfer mechanism. It is shown that the proposed formula can produce a reasonable prediction while providing a basis for further investigation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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