Published July 1, 2024 | Version v1
Publication

Global buckling behaviour and design of square cold-formed concrete-filled dual steel stiffened slender columns

  • 1. Tanta University
  • 2. Xihua University
  • 3. Southwest Petroleum University
  • 4. University College London

Description

This paper investigates concrete-filled dual steel stiffened tubular (CFDSST) slender columns with a cold-formed stiffened outer tube, a square inner tube and concrete infill between the two steel sections and also inside the inner section. To the best of the authors' knowledge, the behaviour of these types of slender column has not previously been studied, although the behaviour of short columns has been previously explored. Accordingly, the details and development of a finite element model are presented, as well as the validation against available test data. The model is employed to conduct an extensive parametric study to examine the behaviour of CFDSST slender columns with different geometric and material properties. Based on an analysis of the strain distributions in the cross-section, a method for defining intermediate-length and long columns is proposed. It is shown that the slenderness ratio is a very important parameter in the behaviour of CFDSST columns, affecting both the capacity and the failure mode. Other important variables for intermediate-length columns are shown to be the yield strength of the outer steel tube, the strength of the sandwiched concrete and the width-to-thickness ratio of the outer tube whilst only former of these is shown to be very influential for long columns. The ultimate strengths are compared with a number of different design methods, which were suitably adapted for the section types, owing a lack of specific guidance currently available. Based on the results it was recommended that the AS/NZS 2327 design standard provides the most accurate reflection of the real behaviour for CFDSST slender columns.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تبحث هذه الورقة في الأعمدة الأنبوبية المزدوجة المملوءة بالخرسانة (CFDSST) ذات الأنبوب النحيف مع أنبوب خارجي مقوى على شكل بارد، وأنبوب داخلي مربع وحشو خرساني بين القسمين الفولاذي وأيضًا داخل القسم الداخلي. على حد علم المؤلفين، لم يتم دراسة سلوك هذه الأنواع من الأعمدة النحيلة من قبل، على الرغم من أن سلوك الأعمدة القصيرة قد تم استكشافه سابقًا. وفقًا لذلك، يتم تقديم تفاصيل وتطوير نموذج العناصر المحدودة، بالإضافة إلى التحقق من صحة بيانات الاختبار المتاحة. يتم استخدام النموذج لإجراء دراسة بارامترية واسعة النطاق لفحص سلوك الأعمدة النحيلة CFDSST ذات الخصائص الهندسية والمادية المختلفة. بناءً على تحليل توزيعات الانفعال في المقطع العرضي، يتم اقتراح طريقة لتحديد الأعمدة متوسطة الطول والطويلة. يتضح أن نسبة الانحدار هي معلمة مهمة جدًا في سلوك أعمدة CFDSST، مما يؤثر على كل من السعة ووضع الفشل. تظهر المتغيرات المهمة الأخرى للأعمدة متوسطة الطول على أنها قوة الخضوع للأنبوب الفولاذي الخارجي، وقوة الخرسانة المحصورة ونسبة العرض إلى السماكة للأنبوب الخارجي بينما تظهر السابقة فقط أنها مؤثرة جدًا للأعمدة الطويلة. تتم مقارنة نقاط القوة النهائية مع عدد من طرق التصميم المختلفة، والتي تم تكييفها بشكل مناسب لأنواع الأقسام، بسبب عدم وجود إرشادات محددة متاحة حاليًا. بناءً على النتائج، أوصي بأن يوفر معيار تصميم AS/NZS 2327 الانعكاس الأكثر دقة للسلوك الحقيقي لأعمدة CFDSST النحيلة.

Translated Description (French)

Cet article étudie les colonnes minces à double tube raidi en acier rempli de béton (CFDSST) avec un tube externe raidi formé à froid, un tube interne carré et un remplissage en béton entre les deux sections en acier et également à l'intérieur de la section interne. À la connaissance des auteurs, le comportement de ces types de colonnes élancées n'a pas encore été étudié, bien que le comportement des colonnes courtes ait déjà été exploré. En conséquence, les détails et le développement d'un modèle par éléments finis sont présentés, ainsi que la validation par rapport aux données de test disponibles. Le modèle est utilisé pour mener une étude paramétrique approfondie afin d'examiner le comportement des colonnes minces CFDSST avec différentes propriétés géométriques et matérielles. Sur la base d'une analyse des distributions de déformation dans la section transversale, une méthode pour définir des colonnes de longueur intermédiaire et longues est proposée. Il est montré que le rapport d'élancement est un paramètre très important dans le comportement des colonnes CFDSST, affectant à la fois la capacité et le mode de défaillance. D'autres variables importantes pour les colonnes de longueur intermédiaire sont la limite d'élasticité du tube d'acier externe, la résistance du béton pris en sandwich et le rapport largeur/épaisseur du tube externe, alors que seule la première d'entre elles est très influente pour les colonnes longues. Les forces ultimes sont comparées à un certain nombre de méthodes de conception différentes, qui ont été adaptées aux types de sections, en raison d'un manque de directives spécifiques actuellement disponibles. Sur la base des résultats, il a été recommandé que la norme de conception AS/NZS 2327 fournisse le reflet le plus précis du comportement réel des colonnes minces CFDSST.

Translated Description (Spanish)

Este documento investiga columnas delgadas tubulares rigidizadas de acero dual (CFDSST) rellenas de hormigón con un tubo exterior rigidizado formado en frío, un tubo interior cuadrado y relleno de hormigón entre las dos secciones de acero y también dentro de la sección interior. Hasta donde saben los autores, no se ha estudiado previamente el comportamiento de este tipo de columnas esbeltas, aunque se ha explorado previamente el comportamiento de las columnas cortas. En consecuencia, se presentan los detalles y el desarrollo de un modelo de elementos finitos, así como la validación contra los datos de prueba disponibles. El modelo se emplea para realizar un extenso estudio paramétrico para examinar el comportamiento de las columnas esbeltas CFDSST con diferentes propiedades geométricas y materiales. Con base en un análisis de las distribuciones de deformación en la sección transversal, se propone un método para definir columnas de longitud intermedia y larga. Se demuestra que la relación de esbeltez es un parámetro muy importante en el comportamiento de las columnas CFDSST, afectando tanto a la capacidad como al modo de fallo. Otras variables importantes para las columnas de longitud intermedia son el límite elástico del tubo de acero exterior, la resistencia del hormigón intercalado y la relación anchura-espesor del tubo exterior, mientras que solo el primero de estos se muestra muy influyente para las columnas largas. Las fortalezas finales se comparan con una serie de métodos de diseño diferentes, que se adaptaron adecuadamente para los tipos de sección, debido a la falta de orientación específica actualmente disponible. Con base en los resultados, se recomendó que el estándar de diseño AS/NZS 2327 proporcione el reflejo más preciso del comportamiento real de las columnas esbeltas CFDSST.

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
سلوك الالتواء العالمي وتصميم الأعمدة النحيلة المزدوجة المملوءة بالخرسانة المربعة المملوءة على البارد
Translated title (French)
Comportement global de flambage et conception de doubles colonnes carrées en acier rigidifiées et minces remplies de béton formé à froid
Translated title (Spanish)
Comportamiento global de pandeo y diseño de columnas cuadradas esbeltas rigidizadas de acero doble rellenas de hormigón conformado en frío

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4396785637
DOI
10.1016/j.jcsr.2024.108706

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Egypt

References

  • https://openalex.org/W107594025
  • https://openalex.org/W1964577181
  • https://openalex.org/W1966420675
  • https://openalex.org/W1967611313
  • https://openalex.org/W1978534566
  • https://openalex.org/W1993803523
  • https://openalex.org/W1994277969
  • https://openalex.org/W2017472648
  • https://openalex.org/W2024685005
  • https://openalex.org/W2028016543
  • https://openalex.org/W2035556376
  • https://openalex.org/W2050119454
  • https://openalex.org/W2075910674
  • https://openalex.org/W2081798539
  • https://openalex.org/W2098392434
  • https://openalex.org/W2129556761
  • https://openalex.org/W2282973526
  • https://openalex.org/W2338308846
  • https://openalex.org/W2583434443
  • https://openalex.org/W2598305694
  • https://openalex.org/W2755068327
  • https://openalex.org/W2794313862
  • https://openalex.org/W2889605060
  • https://openalex.org/W2921748070
  • https://openalex.org/W2952983981
  • https://openalex.org/W3048943065
  • https://openalex.org/W3092240573
  • https://openalex.org/W3135573410
  • https://openalex.org/W3150201923
  • https://openalex.org/W3188247396
  • https://openalex.org/W3198944454
  • https://openalex.org/W4214632906
  • https://openalex.org/W4214689717
  • https://openalex.org/W4286247446
  • https://openalex.org/W4310551500
  • https://openalex.org/W4319878784
  • https://openalex.org/W4389085205
  • https://openalex.org/W4389719312
  • https://openalex.org/W574042048