Published February 1, 2024 | Version v1
Publication Metadata-only

Behaviour of ultra-high strength concrete-filled dual-stiffened steel tubular slender columns

Creators

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

Description

This paper is concerned with the behaviour of square concrete-filled dual-stiffened steel tubular (CFDSST) slender columns with a concentrically-placed inner circular steel tube. Previous studies have illustrated that these columns have greater structural performance in terms of load-carrying capacity compared with conventional concrete-filled stiffened steel tubular (CFSST) columns. However, the behaviour of CFDSST slender columns filled with ultra-high strength concrete (UHSC) has not been investigated and current design codes do not include provisions for UHSC, although it is increasingly popular owing to demands for structures to be lighter and more sustainable. Accordingly, the current paper fills that gap in existing knowledge and explores the behaviour of CFDSST slender columns using finite element (FE) analysis. The available test results from previous studies were collated and are employed to validate the numerical model. The validated FE model is then employed to investigate the axial load versus deflection responses for a wide variety of UHS-CFDSST slender columns. The behaviour of both intermediate-length and long columns is assessed through parametric analyses. The results of these studies show that the strength of the concrete sandwiched between the two steel sections, the yield strength of outer steel tube, and the outer tube slenderness ratio have a significant effect on the axial resistance of UHS-CFDSST intermediate-length columns, while the capacity of long columns is most affected by the sandwiched concrete strength. The ultimate resistances are compared with different available design methods, and AISC 360–16 code is recommended for predicting the ultimate resistance of UHS-CFDSST slender columns with modifications proposed to account for the different components forming this innovative cross-section.

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

Translated Description (Arabic)

تهتم هذه الورقة بسلوك الأعمدة الأنبوبية الفولاذية المزدوجة المملوءة بالخرسانة المربعة (CFDSST) مع أنبوب فولاذي دائري داخلي موضوع بشكل مركزي. وقد أوضحت الدراسات السابقة أن هذه الأعمدة لها أداء هيكلي أكبر من حيث القدرة على حمل الأحمال مقارنة بالأعمدة الأنبوبية الفولاذية المقواة التقليدية المملوءة بالخرسانة (CFSST). ومع ذلك، لم يتم التحقيق في سلوك الأعمدة الرفيعة CFDSST المملوءة بالخرسانة فائقة القوة (UHSC) ولا تتضمن رموز التصميم الحالية أحكامًا لـ UHSC، على الرغم من أنها تحظى بشعبية متزايدة بسبب المطالبة بأن تكون الهياكل أخف وزناً وأكثر استدامة. وفقًا لذلك، تملأ الورقة الحالية هذه الفجوة في المعرفة الحالية وتستكشف سلوك الأعمدة الرفيعة CFDSST باستخدام تحليل العناصر المحدودة (FE). تم جمع نتائج الاختبار المتاحة من الدراسات السابقة واستخدامها للتحقق من صحة النموذج العددي. ثم يتم استخدام نموذج FE الذي تم التحقق من صحته للتحقق من استجابات الحمل المحوري مقابل الانحراف لمجموعة واسعة من الأعمدة النحيلة UHS - CFDSST. يتم تقييم سلوك كل من الأعمدة متوسطة الطول والطويلة من خلال التحليلات البارامترية. تظهر نتائج هذه الدراسات أن قوة الخرسانة المحصورة بين القسمين الصلبين، وقوة الخضوع لأنبوب الصلب الخارجي، ونسبة انحدار الأنبوب الخارجي لها تأثير كبير على المقاومة المحورية للأعمدة متوسطة الطول UHS - CFDSST، في حين أن قدرة الأعمدة الطويلة هي الأكثر تأثرًا بقوة الخرسانة المحصورة. تتم مقارنة المقاومات النهائية مع طرق التصميم المختلفة المتاحة، ويوصى برمز AISC 360-16 للتنبؤ بالمقاومة النهائية للأعمدة الرفيعة UHS - CFDSST مع التعديلات المقترحة لمراعاة المكونات المختلفة التي تشكل هذا المقطع العرضي المبتكر.

Translated Description (French)

Cet article concerne le comportement des colonnes minces tubulaires en acier à double raidissement remplies de béton carré (CFDSST) avec un tube d'acier circulaire interne placé concentriquement. Des études antérieures ont montré que ces colonnes ont une plus grande performance structurelle en termes de capacité de charge par rapport aux colonnes tubulaires en acier renforcé remplies de béton conventionnelles (CFSST). Cependant, le comportement des colonnes minces CFDSST remplies de béton à ultra-haute résistance (UHSC) n'a pas été étudié et les codes de conception actuels ne comprennent pas de dispositions pour l'UHSC, bien qu'il soit de plus en plus populaire en raison des demandes pour des structures plus légères et plus durables. En conséquence, l'article actuel comble cette lacune dans les connaissances existantes et explore le comportement des colonnes minces CFDSST à l'aide d'une analyse par éléments finis (FE). Les résultats de tests disponibles des études précédentes ont été rassemblés et sont utilisés pour valider le modèle numérique. Le modèle FE validé est ensuite utilisé pour étudier les réponses de charge axiale en fonction de la déflexion pour une grande variété de colonnes minces UHS-CFDSST. Le comportement des colonnes de longueur intermédiaire et longue est évalué par des analyses paramétriques. Les résultats de ces études montrent que la résistance du béton pris en sandwich entre les deux sections d'acier, la limite d'élasticité du tube d'acier extérieur et le rapport d'élancement du tube extérieur ont un effet significatif sur la résistance axiale des colonnes de longueur intermédiaire UHS-CFDSST, tandis que la capacité des colonnes longues est la plus affectée par la résistance du béton pris en sandwich. Les résistances ultimes sont comparées aux différentes méthodes de conception disponibles, et le code AISC 360–16 est recommandé pour prédire la résistance ultime des colonnes minces UHS-CFDSST avec des modifications proposées pour tenir compte des différents composants formant cette section transversale innovante.

Translated Description (Spanish)

Este documento se refiere al comportamiento de las columnas esbeltas tubulares cuadradas de acero de doble rigidez rellenas de hormigón (CFDSST) con un tubo de acero circular interno colocado concéntricamente. Estudios anteriores han ilustrado que estas columnas tienen un mayor rendimiento estructural en términos de capacidad de carga en comparación con las columnas tubulares de acero rigidizado con relleno de hormigón (CFSST) convencionales. Sin embargo, el comportamiento de las columnas esbeltas CFDSST llenas de hormigón de ultra alta resistencia (UHSC) no se ha investigado y los códigos de diseño actuales no incluyen disposiciones para UHSC, aunque es cada vez más popular debido a las demandas de que las estructuras sean más ligeras y más sostenibles. En consecuencia, el documento actual llena ese vacío en el conocimiento existente y explora el comportamiento de las columnas delgadas CFDSST utilizando el análisis de elementos finitos (FE). Los resultados de las pruebas disponibles de estudios anteriores se recopilaron y se emplean para validar el modelo numérico. El modelo FE validado se emplea luego para investigar las respuestas de carga axial versus deflexión para una amplia variedad de columnas delgadas UHS-CFDSST. El comportamiento tanto de las columnas intermedias como de las largas se evalúa mediante análisis paramétricos. Los resultados de estos estudios muestran que la resistencia del concreto intercalado entre las dos secciones de acero, el límite elástico del tubo de acero exterior y la relación de esbeltez del tubo exterior tienen un efecto significativo en la resistencia axial de las columnas de longitud intermedia UHS-CFDSST, mientras que la capacidad de las columnas largas es más afectada por la resistencia del concreto intercalado. Las resistencias finales se comparan con los diferentes métodos de diseño disponibles, y se recomienda el código AISC 360–16 para predecir la resistencia final de las columnas esbeltas UHS-CFDSST con modificaciones propuestas para tener en cuenta los diferentes componentes que forman esta sección transversal innovadora.

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
سلوك الأعمدة النحيلة الأنبوبية الفولاذية مزدوجة التقوية والمملوءة بالخرسانة فائقة القوة
Translated title (French)
Comportement des colonnes minces tubulaires en acier doublement durcies remplies de béton à très haute résistance
Translated title (Spanish)
Comportamiento de columnas tubulares esbeltas de acero de doble rigidez rellenas de hormigón de ultra alta resistencia

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4389085205
DOI
10.1016/j.engstruct.2023.117204

Is supplement to
https://openalex.org/W946793292 (Other)
https://openalex.org/W3034644892 (Other)
https://openalex.org/W2941013975 (Other)
https://openalex.org/W2888968085 (Other)
https://openalex.org/W2790729869 (Other)
https://openalex.org/W2359118882 (Other)
https://openalex.org/W2004808456 (Other)
https://openalex.org/W1994943997 (Other)
https://openalex.org/W1994142029 (Other)
https://openalex.org/W194827383 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Egypt

References

  • https://openalex.org/W1964577181
  • https://openalex.org/W1971763693
  • https://openalex.org/W1978394770
  • https://openalex.org/W1978534566
  • https://openalex.org/W1994277969
  • https://openalex.org/W2028016543
  • https://openalex.org/W2028214427
  • https://openalex.org/W2050119454
  • https://openalex.org/W2098392434
  • https://openalex.org/W2107764939
  • https://openalex.org/W2129556761
  • https://openalex.org/W2323688484
  • https://openalex.org/W2338308846
  • https://openalex.org/W2478124107
  • https://openalex.org/W2569544436
  • https://openalex.org/W2598305694
  • https://openalex.org/W2738975351
  • https://openalex.org/W2755068327
  • https://openalex.org/W2922562177
  • https://openalex.org/W2952983981
  • https://openalex.org/W2972486033
  • https://openalex.org/W3005521001
  • https://openalex.org/W3018931329
  • https://openalex.org/W3212877075
  • https://openalex.org/W4213245493
  • https://openalex.org/W4285082357
  • https://openalex.org/W4286247446
  • https://openalex.org/W4310551500
  • https://openalex.org/W4319878784
  • https://openalex.org/W4379203796
  • https://openalex.org/W574042048