Title of article :
Numerical and Experimental Investigations on the Behavior of Steel-reinforced Concrete Columns Subjected to Eccentric Loading
Author/Authors :
Ahmadi, M Faculty of Civil Engineering - Babol Noshirvani University of Technology, Babol, Iran , Naghipour, M Faculty of Civil Engineering - Babol Noshirvani University of Technology, Babol, Iran , Nematzadeh, M Department of Civil Engineering - University of Mazandaran, Babolsar, Iran
Pages :
15
From page :
1529
To page :
1543
Abstract :
Steel-reinforced concrete (SRC) columns, which are classified as composite columns, became the most widely used in recent years; because of their extensive advantages over the reinforced concrete and the steel columns. In this paper, the ductility index and its influential factors were explored to investigate the behavior of SRC columns. A straightforward approach was then proposed by establishing the necessary equations based on the plastic stress distribution method. Accordingly, an experimental program was performed on six SRC column specimens with two H- and cross-shaped steel sections and three eccentricity ratios of 0.4, 0.55, and 0.7. In addition, a finite element model was developed for numerical analysis using Abaqus software, which was verified by the experimental results. A total of 30 columns were thus analyzed for the parametric study where the effects of geometric and material variables, including steel percentage, concrete compressive strength, lateral tie spacing, and geometrical shape of the steel core on the ductility index of these columns were assessed. The results confirm that for the H-shaped column, reducing the lateral tie spacing ratio from 0.6 to 0.2 not only increases the ductility index to as much as 72%, it also induces a post-yield hardening in the load-displacement curve and increases the bearing capacity by 20%. Subsequently, load-bending moment interaction curves were developed according to plastic stress distribution method cited in EC4 Code and then compared with those obtained through the software. Thus, normalized curves were presented as a means to design these columns.
Farsi abstract :
ستون هاي بتني مسلح شده با فولاد SRC نوعي از ستون هاي مركب مي باشند كه به دليل مزاياي فراواني كه نسبت به ستون هاي بتن آرمه و فولادي تنها دارند، استفاده از آنها در سال هاي اخير رواج زيادي پيدا كرده است. در اين تحقيق، به جهت بررسي رفتار ستون هاي SRC، شاخص شكل پذيري اين ستون ها و عوامل موثر بر آن مورد بررسي قرار گرفته و همچنين با محاسبه معادلات لازم بر اساس روش توزيع تنش پلاستيك، روشي ساده براي طراحي اين ستون ها ارائه گرديد. بر همين اساس، يك تست آزمايشگاهي بر روي 6 نمونه ستون SRC با دو نوع پروفيل فولادي H و صليبي و با سه نسبت برون محوري 0/4, 0/55 و 0/7 انجام شد. همچنين يك مدل المان محدود به كمك نرم افزار آباكوس به جهت مطالعه عددي ايجاد شد كه با نتايج مدل آزمايشگاهي اعتبارسنجي گرديد. در مجموع 30 ستون براي مطالعه پارامتريك تحليل گرديدند كه متغيرهاي هندسي و مصالح از قبيل درصد فولاد، مقاومت فشاري بتن، فاصله ميلگردهاي عرضي و شكل هندسي هسته فولادي بر شاخص شكل پذيري اين ستون ها مورد بررسي قرار گرفتند كه نتايج نشان داد كه براي ستون با مقطع فولادي مانند H، كاهش نسبت فاصله آرماتورهاي عرضي از 0/6 به 0/2 سبب افزايش شاخص شكل پذيري به ميزان %72 مي گردد كه اين كاهش فاصله، سبب ايجاد سخت شدگي پس از نقطه تسليم در نمودار نيرو- تغيير مكان و افزايش ظرفيت باربري به ميزان %20 نيز مي گردد. همچنين بر اساس روش توزيع و افزايش تنش پلاستيك ذكر شده در آيين نامه ECA، نمودارهاي اندركنش نيرو - لنگر خمشي ترسيم شده و با نمودارهاي اندركنش استخراج شده توسط نرم افزار مقايسه گرديدند و در نهايت نمودارهايي بدون بعد جهت طراحي اين ستون ها ارائه شد.
Keywords :
Composite Column , Steel-Reinforced Concrete , Finite Element Model , Ductility Index , Load-Bearing Capacity , Eccentric Loading
Journal title :
International Journal of Engineering
Serial Year :
2020
Record number :
2568180
Link To Document :
بازگشت