W słupach typu CFST w stanie granicznym dochodzi do zwiększenia wytrzymałości betonu rdzenia na skutek jego skrępowania. Zaistnienie tego zjawiska zależy od wielu czynników. Jednym z najważniejszych z nich jest sztywność obwodowa płaszcza stalowego. Jej wpływ na efektywność wzrostu wytrzymałości betonu rdzenia przebadano eksperymentalnie na grupie 48 grubościennych słupów CFST. Wykazano, że nadmierne zwiększanie grubości płaszcza słupa CFST nie przekłada się na wzrost jego nośności sprowadzonej. Jest wręcz przeciwnie: następuje jej spadek. Znacznie lepsze wykorzystanie pozytywnego wpływu skrępowania betonu rdzenia można osiągnąć z zastosowaniem rur cienkościennych niż grubościennych.
EN
In the limit state of the CFST columns, the core concrete strength increases due to its confinement. This positive effect depends on many factors. One of the most important is the ring stiffness of the steel tube. Its impact on the effectiveness of increasing the core concrete strength was experimentally tested on a group of 48 thick-walled CFST columns. It has been shown that an excessive increase in the tube thickness does not translate into an increase in its relative load capacity. On the contrary, it is decreasing. A much better use of the core concrete confinement can be achieved by using thin-walled tubes rather than thick-walled ones.
In order to study the mechanical behavior of concrete-filled steel tube(CFST) short column with different void ratios under a certain eccentricity. A fiber model of concrete-filled steel tube section with different void heights was established. Compared with existing model test data, the axial force and flexural moment strength models of concrete-filled steel tube columns with different void ratios were established. The results show that, in the case of different void ratios, the cross-section strength envelope shows an overall contraction tendency with the increase of void ratio, and each line is basically parallel. A model for calculating the coefficient of axial load degradation was established. The Han’s flexural moment strength model of the flexural component was revised, and the strength model of concrete-filled steel tube column under eccentric compression considering void ratio was established, which provides a theoretical basis and method for the safety assessment during the operation of concrete-filled steel tube arch bridges.
3
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
This paper presents a numerical study on the progressive collapse response of concrete-filled steel tube (CFST) composite joint. A novel beam-column connection by using corrugated web and cover plate is proposed to enhance the collapse resistance of the joint. The simulated response is evaluated in terms of the ultimate load and deformation capacity of the joints for column removal scenario and cyclic loading. The results indicate that the corrugated web and cover plates connection can effectively delay the local buckling and fracture of the steel beam. Those configuration details have a significantly positive effect on the development of internal force, especially in the catenary mechanism stage to provide tensile force. Moreover, only after the fracture of the bottom fange, the corrugated web of the beam begins to contribute to the anti-collapse capacity of the joint. Compared with the CFST column-steel beam joint with fat beam web, the anti-collapse capacity and the vertical displacement of the joint are increased by 75.9% and 92.8%, respectively. Furthermore, a simplifed calculation method for the anti-collapse capacity of the joint is proposed according to the resistance mechanism analysis. In addition, the seismic evaluation of the novel joint based on anti-collapse design indicates that the novel connection details can signifcantly improve the collapse resistance of the joint, without impairing its seismic resistance.
The main objective of this study is to highlight the performance of beams composed of lightweight concrete-filled steel tubes (square and circle sections) composite with reinforced concrete deck slab. A total of nine composite beams were tested included two circular and seven square concrete-filled steel tubes. Among the nine composite beams, one beam, S20-0-2000, was prepared without a deck slab to act as a reference specimen. The chief parameters investigated were the length of the specimen, the compressive strength of the concrete slab, and the effect of the steel tube section type. All beams were tested using the three-point bending test with a concentrated central point load and simple supports. The test results showed that the first crack in the concrete deck slab was recorded at load levels ranging from 50.9% to 77.2% of the ultimate load for composite beams with square steel tubes. The ultimate load increased with increasing the compressive strength of the concrete slab. Shorter specimens were more stiffness than the other specimens but were less ductile. The slip values were equal to zero until the loads reached their final stages, while the specimen S20-55-1100 (short specimen) exhibited zero slip at all stages of the load. The ultimate load of the hollow steel tube composite beam was 13.2% lower than that of the reference beam. Moreover, the ductility and stiffness of the beam were also higher for beams with composite-filled steel tubes.
Artykuł stanowi pracę poglądową dotyczącą współpracy zespolonych elementów stalowo-betonowych. Autor opracowania szczególną uwagę zwraca na rurowe elementy typu CFST. W opracowaniu zostały podane podstawowe zalety omawianych elementów konstrukcyjnych, zasady przykładania obciążeń oraz sposób obliczania nośności elementów rurowo-betonowych.
EN
The article presents the current state of knowledge regarding the cooperation of steel-concrete composite columns composed of a concrete filled steel tube (CFST). The most important, from the point of view of work construction, is the high load-bearing capacity of CFST elements resulting from the so-called the confinement effect of lateral deformation of the concrete sealed inside the steel pipe. It should be noted that concrete, despite limiting the impact of environmental impacts, is subject to autogenous contraction, which in time leads to a deterioration of steel-concrete cooperation.
The paper presents the analysis of stress in steel and concrete in CFST composite elements subjected to push-out tests. Two analytical models of stress distribution are presented. The bond at the interface between steel and concrete in the initial phase of the push-out test is provided by the adhesion. Until the force reach a certain value, the slip between both materials does not occur or it is negligibly small, what ensures full composite action of the specimen. In the first analytical model the full bond between both materials was assumed. This model allows to estimate value of the force for which the local loss of adhesion in given cross section begins. In the second model it was assumed that the bond stress distribution is constant along the shear transfer length of the specimen. Based on that the formulas for triangle distribution of stress in steel and concrete for the maximum push-out force were derived and compared with the experimental results. Both models can be used to better understand the mechanisms of interaction between steel and concrete in composite steel-concrete columns.
PL
W pracy zaprezentowano analizę naprężeń w stali i betonie samozagęszczalnym w zespolonych elementach CFST poddanych badaniu przyczepności materiałów za pomocą testu push-out. Przedstawiono dwa modele obliczeniowe pozwalające na analizę stanu naprężeń na podstawie odczytów odkształceń stali w początkowej fazie badania oraz w momencie uzyskania maksymalnej siły. Przyczepność stali do betonu w początkowej fazie zapewniana jest przez zjawisko adhezji – do osiągnięcia pewnej wartości siły nie występuje poślizg między materiałami co powoduje ich pełne zespolenie. W pierwszym modelu założono pełne zespolenie obu materiałów a siła, dla której przewidywania modelu zaczynają odbiegać od wyników badań doświadczalnych może być, zdaniem autorów, uznana za siłę, przy której następuje utrata adhezji w danym przekroju. Za pomocą drugiego modelu obliczeniowego przeprowadzono analizę rozkładu naprężeń normalnych w stali i betonie jaki występuje przy maksymalnej sile działającej na elementy badawcze. Zakładając, że naprężenia ścinające między materiałami są stałe na wysokości elementu, na podstawie równań równowagi stwierdzono, że rozkład naprężeń w obydwu materiałach ma kształt trójkątny na długości strefy kontaktu. Przewidywania modelu z bardzo dobrą zgodnością potwierdzają odczyty odkształceń tensometrów umieszczonych w środku wysokości elementów. Zaprezentowane w pracy analityczno-doświadczalne metody analizy stanu naprężenia w elementach zespolonych mogą posłużyć do wyznaczania parametrów związków konstytutywnych „naprężenie przyczepności – poślizg” oraz walidacji modeli numerycznych.
This paper investigates the behaviour of axially-loaded tubular columns filled with M20 grade concrete and partially replaced concrete. The parameters varying in the study are slenderness ratio (13.27, 16.58 & 19.9), and normal M20 grade concrete, partially replaced quarry dust and concrete debris. The effects of the various concrete mixes and composite action between the steel tube and the concrete core are studied and a graph visualizing the differences between the load carrying capacity and the axial deflection is plotted. Some of the performance indices like the Ductility Index (DI), Concrete Contribution Ratio (CCR), Confinement Index (θ) and Strength Index (SI) are also evaluated and compared amongst the CFST columns. From the results it has been noted that an increase in the L/D ratio decrease the behaviour of the composite columns irrespective of the in filled materials. The composite action was achieved in the CFST columns filled with partially replaced quarry dust and concrete debris when compared with hollow steel columns. The load carrying capacity of the CFST column increases by 32 % compared with the hollow tubular columns.
PL
Stalowe słupy rurowe wypełnione betonem (CFST) są wykorzystywane do różnorodnych zastosowań, takich jak filary mostów, które są stale narażone na oddziaływanie ruchu ulicznego, słupy obsługujace zbiorniki magazynowe, pokłady kolejowe, pale oraz słupy stosowane w wysokich budynkach. Ze względu na zwiększone wykorzystanie tego rodzaju słupów zespolonych, zainteresowanie zachowaniem tego typu słupów przyczyniło się do przeprowadzenia wielu badań teoretycznych i eksperymentalnych. Chociaż słupy CFST nadają się do wykorzystania w wysokich budynkach na obszarach sejsmicznych, ich zastosowanie zostało ograniczone z powodu braku informacji o prawdziwej wytrzymałości i nieelastycznym zachowaniu CFST. Główną zaletą betonu w CFST jest to, że opóźnia on lokalne wyboczenie ściany rury i samego betonu, w umiarkowanym stanie, a zatem jest w stanie utrzymać większe obciążenia i naprężenia niż w stanie nieumiarkowanym. W niniejszej pracy zbadano zachowanie słupów rurowych obciążonych osiowo, wypełnionych betonem klasy M20 i częściowo zastąpionym betonem. Badaniu poddano łącznie 12 próbek, w celu zbadania zachowania stalowych słupów rurowych wypełnionych betonem przy różnym wypełnieniu. Parametry zróżnicowane w badaniu są współczynnikiem smukłości (13,27, 16,58 i 19,9) i betonem standardowej klasy M20, częściowo zastąpionym pyłem z kamieniołomu i odłamkami betonu. Badano wpływ różnych działań betonowych i kompozytowych w rurze stalowej i rdzeniu betonowym, a ponadto sporządzono wykres obciążenia i ugięcia osiowego. Niektóre wskaźniki wydajności, takie jak Wskaźnik Plastyczności (DI), Współczynnik Udziału Betonu (CCR), Wskaźnik Zamknięcia (θ) oraz Wskaźnik Wytrzymałości (SI) zostały również poddane ocenie i porównane z słupami CFST. Na podstawie wyników stwierdzono, że wzrost wskaźnika L/D ogranicza działanie słupów zespolonych, niezależnie od wypełnionych materiałów. Złożone działanie osiągnięto w słupach CFST wypełnionych częściowo wymienionym pyłem z kamieniołomu i odłamkami betonu, w porównaniu z pustymi stalowymi słupami. Wykorzystanie odłamków betonu i pyłu z kamieniołomu doprowadziło do poprawy zachowania konstrukcji słupów zespolonych poddanych obciążeniu osiowemu, w porównaniu do pustych stalowych słupów. Zwiększenie wytrzymałości w przypadku słupów CFST zależy od wytrzymałości na ściskanie wypełnionego betonu oraz od wskaźnika zamknięcia. Nośność słupa CFST wzrasta o 32% w porównaniu z pustymi słupami rurowymi, niezależnie od wypełnienia betonem. Wykorzystanie kruszywa pochodzącego z recyklingu w stalowych kolumnach rurowych jest nie tylko techniką utylizacji odpadów, lecz zmniejsza także koszt wypełnienia betonem.
8
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule omówiono możliwości zastosowania stali austenitycznej H20N12S2/1.4828 w słupach CFST oraz CFDST. Przedstawiono zagadnienie ochrony ogniowej stali oraz przegląd badań literaturowych dotyczących odporności ogniowej słupów CFST oraz CFDST. Badania własne obejmowały mikrostrukturę, twardość oraz statyczną próbę rozciągania próbek pobranych wzdłuż oraz w poprzek osi walcowania. Doświadczenia wykonane na słupach z wykorzystaniem stali żaroodpornej potwierdziły zasadność jej stosowania jako elementów nośnych.
EN
Article applies opportunities to the use of austenitic steel H20N12S2/1.4828 in CFST and CFDST columns. In publication presents the problem protection of fire for steel and review of literature research of CFST and CFDST columns exploited` in high temperature. Own research included examination of the microstructure, hardness and static stretching samples cut taken along and across rolling axis. Experience on columns with heat-resistant steel confirmed the legitimacy of the use of it as a load-bearing elements.
Concrete-filled steel tubular (CFST) columns are being widely used in buildings and bridges due to their excellent structural performance such as high strength, high stiffness, high ductility and strain energy absorption capacities.
Artykuł prezentuje wyniki badań własnych dotyczących słupów zespolonych typu CFST w zestawieniu z wynikami badań innych autorów. Obliczenie nośności badanych elementów wykonane według normy Eurokod 4, a także uzyskane rzeczywiste wartości nośności z badań są zestawione z nową, proponowaną metodą obliczeń - tzw. Ujednoliconą Teorią. Przedstawione są zasady obliczeniowe Ujednoliconej Teorii i przykład obliczania według tych zasad.
EN
The paper presents the author’s test results on CFST composite columns together with test results of various authors. Calculation of load-bearing capacity according to Eurocode 4 and ultimate test capacity of CFST elements are compared with new proposed calculation method so-called Unified Theory. There are presented formulas of Unified Theory and an example of calculation. The analysis leads to conclusion that probably the Unified Theory applies to elements with steel ratio δ < 0,2, when Eurocode 4 applies to elements with 0,2 ≤ δ ≤ 0,9.
Ze względu na wykorzystanie możliwości przenoszenia obciążeń, elementy typu CFST znajdują zastosowanie przede wszystkim w konstruowaniu słupów. Spośród kilku możliwych rozwiązań wybiera się najbardziej odpowiednie do konkretnej realizacji, biorąc pod uwagę takie czynniki, jak nośność, koszty wykonania czy łatwość konstruowania połączeń.
Mosty o konstrukcji typu CFST mają wiele zalet: osiągają duże rozpiętości przy stosunkowo niewielkim zużyciu materiałów, są łatwe w wykonaniu. W Chinach zaczęto stosować ten typ konstrukcji do budowy mostów łukowych w latach 90. XX wieku.
Elementy zespolone typu CFST mają wiele zalet. Najważniejszą z nich jest bardzo dobra współpraca betonu i stali w przenoszeniu obciążeń. Dzięki temu mają szerokie zastosowanie w konstrukcjach mostowych i budowlach kubaturowych.
W artykule przedstawiono wyniki badań nad nośnością słupów zespolonych typu CFST (Concrete Filled Steel Tube), ze szczególnym uwzględnieniem współpracy betonu i stali na styku pomiędzy materiałami. Badaniami objęte były słupy osiowo ściskane wykonane z rur długości 1,5 m o przekroju okrągłym (zróżnicowana grubość ścianki i wytrzymałość stali), wypełnione betonem różnych klas. W artykule porównano nośność elementów CFST wypełnionych dwoma różnymi betonami.
EN
The paper shows experiments on CFST (Concrete Filled Steel Tube) axially loaded columns with special regard on concrete and steel composite cooperation. Elements are filled with different grade of concrete. Circle steel pipes are 1,5 m long, different thickness and yield capacity. This study compares ultimate load of columns filled with two various kind of concrete.
Przeanalizowano różne sposoby obliczania słupów wykonanych z cylindrycznej rury stalowej wypełnionej betonem. Szczególną uwagę zwrócono na zwiększenie nośności takich słupów spowodowane przestrzenną pracą betonu. Stwierdzono, że to zwiększenie nośności jest ograniczone ze względu na wpływ stateczności ogólnej słupów.
EN
For columns built form steel pipes filled with concrete different methods of design analysis are presented. The special attention was paid on the phenomena of increased bearing capacity of such columns caused by spatial action of the concrete fill.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.