Finite element modeling of tapered concrete filled steel tubular columns under axial compression
- 1. Duy Tan University
- 2. Vietnam National University Ho Chi Minh City
- 3. Tokyo Institute of Technology
Description
Concrete filled steel tubular (CFST) column is a kind of composite structure, in which a concrete core is confined within a steel tube. Thanks to the interaction between the steel tube and the concrete core, the compressive load carrying capacity of concrete is increased. This phenomenon is usually referred to as the ``confinement effect''. Correctly modeling the confinement effect, i.e. how the confined concrete behaves under certain types of loadings, is essential in analysis and design of CFST columns. Most of the current works focus on straight columns. In this paper, a novel finite element model is developed in ABAQUS software to analyze the nonlinear behaviors of CFST columns under axial compression, which is suitable for both uniform columns (i.e. the crosssectional area is constant) and tapered columns (i.e. the cross-sectional is continuously varied with respect to the length of the column). The tapered columns are approximated as columns with piecewise constant cross sections, linearly varying from one end to the other end. Geometrically, as the number of piecewise constant cross sections increases, the model converges to the tapered column. In each segment of constant cross-sections, the material behavior of straight column is assumed. Thus, the current model is an extension to existing models for straight CFST columns. Two types of cross sections are investigated: circular shape and rectangular shape. These two cross sections are also the most popular ones in real life. Pre-processing in ABAQUS, i.e. setup of the model, is conducted via a subroutine written in Python script. The ability of the proposed numerical model in load carrying prediction is demonstrated through comparison with experimental data previously reported in the literatures by other authors.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
العمود الأنبوبي الفولاذي المملوء بالخرسانة (CFST) هو نوع من الهيكل المركب، حيث يتم حصر اللب الخرساني داخل أنبوب فولاذي. بفضل التفاعل بين الأنبوب الفولاذي والقلب الخرساني، تزداد القدرة الاستيعابية للحمل الضاغط للخرسانة. وعادة ما يشار إلى هذه الظاهرة باسم "تأثير الحبس". إن نمذجة تأثير الحبس بشكل صحيح، أي كيف تتصرف الخرسانة المحصورة تحت أنواع معينة من الأحمال، أمر ضروري في تحليل وتصميم أعمدة CFST. تركز معظم الأعمال الحالية على الأعمدة المستقيمة. في هذه الورقة، تم تطوير نموذج عنصر محدود جديد في برنامج ABAQUS لتحليل السلوكيات غير الخطية لأعمدة CFST تحت الضغط المحوري، وهو مناسب لكل من الأعمدة المنتظمة (أي أن مساحة المقطع العرضي ثابتة) والأعمدة المستدقة (أي أن المقطع العرضي يتنوع باستمرار فيما يتعلق بطول العمود). يتم تقريب الأعمدة المستدقة كأعمدة ذات مقاطع عرضية ثابتة بالقطعة، وتتفاوت خطيًا من طرف إلى الطرف الآخر. هندسيًا، مع زيادة عدد المقاطع العرضية الثابتة بالقطعة، يتقارب النموذج مع العمود المستدق. في كل مقطع من المقاطع العرضية الثابتة، يُفترض السلوك المادي للعمود المستقيم. وبالتالي، فإن النموذج الحالي هو امتداد للنماذج الحالية لأعمدة CFST المستقيمة. يتم فحص نوعين من المقاطع العرضية: الشكل الدائري والشكل المستطيل. هذان المقطعان العرضيان هما أيضًا الأكثر شيوعًا في الحياة الواقعية. تتم المعالجة المسبقة في ABAQUS، أي إعداد النموذج، عبر روتين فرعي مكتوب بنص Python. تظهر قدرة النموذج العددي المقترح في التنبؤ بحمل الأحمال من خلال المقارنة مع البيانات التجريبية التي تم الإبلاغ عنها سابقًا في الأدبيات من قبل مؤلفين آخرين.Translated Description (French)
La colonne tubulaire en acier rempli de béton (CFST) est une sorte de structure composite, dans laquelle un noyau en béton est confiné dans un tube en acier. Grâce à l'interaction entre le tube d'acier et le noyau en béton, la capacité de charge de compression du béton est augmentée. Ce phénomène est généralement appelé « effet de confinement ». La modélisation correcte de l'effet de confinement, c'est-à-dire du comportement du béton confiné sous certains types de charges, est essentielle dans l'analyse et la conception des colonnes CFST. La plupart des travaux actuels se concentrent sur les colonnes droites. Dans cet article, un nouveau modèle d'éléments finis est développé dans le logiciel ABAQUS pour analyser les comportements non linéaires des colonnes CFST sous compression axiale, ce qui convient à la fois aux colonnes uniformes (c'est-à-dire que la section transversale est constante) et aux colonnes coniques (c'est-à-dire que la section transversale varie continuellement par rapport à la longueur de la colonne). Les colonnes coniques sont approximées comme des colonnes avec des sections transversales constantes par morceaux, variant linéairement d'une extrémité à l'autre. Géométriquement, à mesure que le nombre de sections constantes par morceaux augmente, le modèle converge vers la colonne conique. Dans chaque segment de sections transversales constantes, le comportement matériel de la colonne droite est supposé. Ainsi, le modèle actuel est une extension des modèles existants pour les colonnes CFST droites. Deux types de sections transversales sont étudiés : la forme circulaire et la forme rectangulaire. Ces deux sections transversales sont également les plus populaires dans la vie réelle. Le prétraitement dans ABAQUS, c'est-à-dire la configuration du modèle, est effectué via un sous-programme écrit en script Python. La capacité du modèle numérique proposé à prédire le transport de charge est démontrée par comparaison avec des données expérimentales précédemment rapportées dans la littérature par d'autres auteurs.Translated Description (Spanish)
La columna tubular de acero con relleno de hormigón (CFST) es un tipo de estructura compuesta, en la que un núcleo de hormigón está confinado dentro de un tubo de acero. Gracias a la interacción entre el tubo de acero y el núcleo de hormigón, se aumenta la capacidad de carga de compresión del hormigón. Este fenómeno generalmente se conoce como el "efecto de confinamiento". Modelar correctamente el efecto de confinamiento, es decir, cómo se comporta el concreto confinado bajo ciertos tipos de cargas, es esencial en el análisis y diseño de columnas CFST. La mayoría de los trabajos actuales se centran en columnas rectas. En este documento, se desarrolla un nuevo modelo de elementos finitos en el software ABAQUS para analizar los comportamientos no lineales de las columnas CFST bajo compresión axial, que es adecuado tanto para columnas uniformes (es decir, el área de la sección transversal es constante) como para columnas cónicas (es decir, la sección transversal varía continuamente con respecto a la longitud de la columna). Las columnas cónicas se aproximan como columnas con secciones transversales constantes a trozos, que varían linealmente de un extremo al otro. Geométricamente, a medida que aumenta el número de secciones transversales constantes a trozos, el modelo converge a la columna cónica. En cada segmento de secciones transversales constantes, se asume el comportamiento material de la columna recta. Por lo tanto, el modelo actual es una extensión de los modelos existentes para columnas CFST rectas. Se investigan dos tipos de secciones transversales: forma circular y forma rectangular. Estas dos secciones transversales también son las más populares en la vida real. El preprocesamiento en ABAQUS, es decir, la configuración del modelo, se realiza a través de una subrutina escrita en script Python. La capacidad del modelo numérico propuesto en la predicción de transporte de carga se demuestra mediante la comparación con datos experimentales previamente informados en las bibliografías por otros autores.Files
1187.pdf
Files
(2.5 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:d49f59bbbb30b7ca5a4376183eb34365
|
2.5 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- نمذجة العناصر المحدودة للأعمدة الأنبوبية الفولاذية المعبأة بالخرسانة المدببة تحت ضغط محوري
- Translated title (French)
- Modélisation par éléments finis de colonnes tubulaires en acier remplies de béton conique sous compression axiale
- Translated title (Spanish)
- Modelado por elementos finitos de columnas tubulares de acero cónicas rellenas de hormigón bajo compresión axial
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4361854840
- DOI
- 10.32508/stdjet.v4i4.937