Published January 18, 2022 | Version v1
Publication Open

Experimental and numerical studies of axially loaded square concrete‐encased concrete‐filled large‐diameter steel tubular short columns

Creators

  • 1. Beijing University of Technology
  • 2. University of Wollongong
  • 3. Monash University
  • 4. Victoria University
  • 5. Kafrelsheikh University

Description

Abstract This article presents experimental and numerical studies on the axial compressive behavior of square concrete‐encased concrete‐filled steel tubular (CECFST) short columns composed of a circular inner steel tube. Tests on six full‐scale short CECFST columns with the inner circular tube diameter varying from 320 to 500 mm were carried out to study the influences of sectional diameter and the tube thickness of circular CFST columns on their axial performance. A theoretical model is developed using fiber analysis method and validated against a large test database. The accuracy of various codified design models is evaluated and a simple model is proposed to calculate their ultimate strengths. Test results show that CECFST columns have improved load carrying capacity and can sustain large axial loads without significant strength degradation. In addition, increasing the thickness of the steel tube significantly improves the composite action of the steel and concrete of the inner CFST column, which increases the compressive strength of CECFST columns by 27.3%. However, the rate of increase in the compressive strength of the core concrete of the CFST column has been found to be higher for the column with a smaller local slenderness ratio. The ductility of CECFST columns is influenced by the concrete strength and the spacing of the stirrups. Furthermore, the design model suggested in this study can provide a better estimation than the codified design models.

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

Translated Description (Arabic)

الملخص تقدم هذه المقالة دراسات تجريبية ورقمية حول السلوك الانضغاطي المحوري للأعمدة الأنبوبية القصيرة المعبأة بالخرسانة المربعة (CECFST) المكونة من أنبوب فولاذي داخلي دائري. تم إجراء اختبارات على ستة أعمدة CECFST قصيرة كاملة النطاق بقطر أنبوب دائري داخلي يتراوح من 320 إلى 500 مم لدراسة تأثيرات القطر المقطعي وسمك أنبوب أعمدة CFST الدائرية على أدائها المحوري. يتم تطوير نموذج نظري باستخدام طريقة تحليل الألياف والتحقق من صحته مقابل قاعدة بيانات اختبار كبيرة. يتم تقييم دقة نماذج التصميم المقننة المختلفة ويتم اقتراح نموذج بسيط لحساب نقاط قوتها النهائية. تُظهر نتائج الاختبار أن أعمدة CECFST قد حسنت قدرة تحمل الحمولة ويمكن أن تحافظ على أحمال محورية كبيرة دون تدهور كبير في القوة. بالإضافة إلى ذلك، فإن زيادة سمك الأنبوب الفولاذي يحسن بشكل كبير من العمل المركب للصلب والخرسانة لعمود CFST الداخلي، مما يزيد من قوة الضغط لأعمدة CECFST بنسبة 27.3 ٪. ومع ذلك، فقد وجد أن معدل الزيادة في مقاومة الانضغاط للخرسانة الأساسية لعمود CFST أعلى بالنسبة للعمود ذي نسبة النحافة المحلية الأصغر. تتأثر ليونة أعمدة CECFST بالقوة الخرسانية وتباعد الركائز. علاوة على ذلك، يمكن أن يوفر نموذج التصميم المقترح في هذه الدراسة تقديرًا أفضل من نماذج التصميم المقننة.

Translated Description (French)

Résumé Cet article présente des études expérimentales et numériques sur le comportement en compression axiale de courtes colonnes tubulaires en acier remplies de béton enrobé de béton carré (CECFST) composées d'un tube d'acier intérieur circulaire. Des essais sur six colonnes CECFST courtes à pleineéchelle avec un diamètre de tube circulaire intérieur variant de 320 à 500 mm ont été réalisés pour étudier les influences du diamètre de section et de l'épaisseur de tube des colonnes CFST circulaires sur leurs performances axiales. Un modèle théorique est développé à l'aide de la méthode d'analyse des fibres et validé par rapport à une grande base de données de tests. La précision de divers modèles de conception codifiés est évaluée et un modèle simple est proposé pour calculer leurs forces ultimes. Les résultats des tests montrent que les colonnes CECFST ont une capacité de charge améliorée et peuvent supporter de grandes charges axiales sans dégradation significative de la résistance. En outre, l'augmentation de l'épaisseur du tube d'acier améliore considérablement l'action composite de l'acier et du béton de la colonne CFST intérieure, ce qui augmente la résistance à la compression des colonnes CECFST de 27,3 %. Cependant, le taux d'augmentation de la résistance à la compression du béton central de la colonne CFST s'est avéré plus élevé pour la colonne avec un rapport d'élancement local plus petit. La ductilité des colonnes CECFST est influencée par la résistance du béton et l'espacement des étriers. En outre, le modèle de conception suggéré dans cette étude peut fournir une meilleure estimation que les modèles de conception codifiés.

Translated Description (Spanish)

Resumen Este artículo presenta estudios experimentales y numéricos sobre el comportamiento de compresión axial de columnas cortas tubulares cuadradas de acero rellenas de hormigón recubiertas de hormigón (CECFST) compuestas por un tubo de acero interior circular. Se llevaron a cabo pruebas en seis columnas CECFST cortas a escala completa con el diámetro del tubo circular interior que varía de 320 a 500 mm para estudiar las influencias del diámetro de la sección y el espesor del tubo de las columnas CFST circulares en su rendimiento axial. Se desarrolla un modelo teórico utilizando el método de análisis de fibras y se valida contra una gran base de datos de pruebas. Se evalúa la precisión de varios modelos de diseño codificados y se propone un modelo simple para calcular sus fortalezas finales. Los resultados de las pruebas muestran que las columnas CECFST tienen una mejor capacidad de carga y pueden soportar grandes cargas axiales sin una degradación significativa de la resistencia. Además, el aumento del espesor del tubo de acero mejora significativamente la acción compuesta del acero y el hormigón de la columna CFST interior, lo que aumenta la resistencia a la compresión de las columnas CECFST en un 27,3%. Sin embargo, se ha encontrado que la tasa de aumento en la resistencia a la compresión del núcleo de hormigón de la columna CFST es mayor para la columna con una relación de esbeltez local más pequeña. La ductilidad de las columnas CECFST está influenciada por la resistencia del concreto y el espaciamiento de los estribos. Además, el modelo de diseño sugerido en este estudio puede proporcionar una mejor estimación que los modelos de diseño codificados.

Files

suco.202100466.pdf

Files (16.0 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:5c1ca33840edf46879e09d91d78631dc
16.0 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
الدراسات التجريبية والعددية للخرسانة المربعة المحملة محوريًا - الخرسانة المغلفة - أعمدة قصيرة أنبوبية فولاذية كبيرة القطر معبأة
Translated title (French)
Études expérimentales et numériques de colonnes courtes tubulaires en acier de grand diamètre, remplies de béton, encastrées dans du béton carré et chargées axialement
Translated title (Spanish)
Estudios experimentales y numéricos de columnas cortas de acero de gran diámetro llenas de hormigón revestido de hormigón cuadrado cargado axialmente

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4206726122
DOI
10.1002/suco.202100466

Is supplement to
https://openalex.org/W946793292 (Other)
https://openalex.org/W8641448 (Other)
https://openalex.org/W792917412 (Other)
https://openalex.org/W4385491145 (Other)
https://openalex.org/W4226484441 (Other)
https://openalex.org/W2941013975 (Other)
https://openalex.org/W2349021974 (Other)
https://openalex.org/W2053604103 (Other)
https://openalex.org/W1554885640 (Other)
https://openalex.org/W120984554 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Egypt

References

  • https://openalex.org/W1919445375
  • https://openalex.org/W1969760883
  • https://openalex.org/W1975182577
  • https://openalex.org/W1976360145
  • https://openalex.org/W1994277969
  • https://openalex.org/W2014759164
  • https://openalex.org/W2015014204
  • https://openalex.org/W2017451488
  • https://openalex.org/W2023721370
  • https://openalex.org/W2028016543
  • https://openalex.org/W2045096055
  • https://openalex.org/W2047563713
  • https://openalex.org/W2048955464
  • https://openalex.org/W2054497759
  • https://openalex.org/W2055945732
  • https://openalex.org/W2060009823
  • https://openalex.org/W2122614455
  • https://openalex.org/W2129556761
  • https://openalex.org/W2135922126
  • https://openalex.org/W2159949253
  • https://openalex.org/W2161616893
  • https://openalex.org/W2408871659
  • https://openalex.org/W2467345994
  • https://openalex.org/W2512715481
  • https://openalex.org/W2518290799
  • https://openalex.org/W2548623899
  • https://openalex.org/W2585708975
  • https://openalex.org/W2767030863
  • https://openalex.org/W2767060603
  • https://openalex.org/W2772496972
  • https://openalex.org/W2804377794
  • https://openalex.org/W2885417274
  • https://openalex.org/W2888419099
  • https://openalex.org/W2910264936
  • https://openalex.org/W2913268001
  • https://openalex.org/W2964334344
  • https://openalex.org/W2987198454
  • https://openalex.org/W3002693656
  • https://openalex.org/W3008575054
  • https://openalex.org/W3011110260
  • https://openalex.org/W3044560363
  • https://openalex.org/W3076419582
  • https://openalex.org/W3081234822
  • https://openalex.org/W3083633417
  • https://openalex.org/W3085940284
  • https://openalex.org/W3096948083
  • https://openalex.org/W3124914547
  • https://openalex.org/W3128954951
  • https://openalex.org/W3134561096
  • https://openalex.org/W3153911511
  • https://openalex.org/W3199703195
  • https://openalex.org/W3209134383
  • https://openalex.org/W3210256847
  • https://openalex.org/W3213089548
  • https://openalex.org/W4236582623
  • https://openalex.org/W4249677771