Finite element modelling of eccentrically loaded concrete filled double skin tube columns
Date
2021-03
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Stellenbosch : Stellenbosch University
Abstract
ENGLISH ABSTRACT: Columns are structural elements that transmit loads from floors,beams and other columns aboveto the foundation. Columns should, therefore, be robust to resist failure. There are two (2)types of columns, i.e., short columns and long columns. Short columns generally fail as a result of crushing due to its short length. The ratio of the effective length to least lateral dimension is less than 12, with a slenderness ratio of less than 45. Short columns are generally only subjected to compressivestresses. Long columns on the other hand generally fail by buckling and the ratio of effective length to least lateral dimension is greater than 12, while the slenderness ratio of long columns is greater than 45. Due to the bending effect, these columns are subjected to both compressive and tensile stresses.
Various materials are used in column construction with reinforced concrete(RC)and structural steel being the most commonly used material. In this study, a relatively new method of column construction that was introduced into the construction sector, namely Concrete Filled Double Skin Tubular (CFDST) columnsis discussed. CFDSTcolumns have several advantagesover other columns,which when carefully analysed portrays them as better structural elementscompared to structural steel and RCcolumns. The main objective of this study is to develop a functional general Finite Element (FE) model that predicts the behaviour and axial load capacity of eccentrically loaded circular CFDST columns. In this study four different column configurations is used to calibrate and verify the accuracy of the FE model, whereas this aspect is lacking in virtually all other research work.Whiledeveloping the general FE model, it is observed that some generally accepted parameters of the Confined Concrete Damaged Plasticity (CCDP) model contradict that found in this research. This led to proposedmodifications tothe magnitude of some of the CCDP parameters. Furthermore, at the end of the study, some general observations were concluded,which led to proposingnew standard default values forsome parameters in the CCDP model.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Kolomme is struktuurelemente wat kragtevan die vloer, balke en ander kolomme na die fondament oordra. Kolomme moet dus sterkwees om falingteweerstaan.Daar is twee (2) soorte kolomme, dws; kort kolomme en lang kolomme. Kort kolomme faaloor die algemeen as gevolg van vergruisingas gevolg van die kort lengte. Hul verhouding van effektiewe lengte tot die minste laterale dimensie is minder as 12 en het 'n slankheidsverhouding van minder as 45. Hierdie type kolomme word algemeen net onderwerp aan drukspannings.Inteendeellang kolomme faalmeestal deur te knik en hul verhouding van effektiewe lengte tot die laterale dimensie is groter as 12. Die slankheidsverhouding van lang kolomme is groter as 45 en hierdie kolomme word onderhewig aan druk-en trek spannings. Verskeie materiale word in die konstruksie van kolomme gebruik, waarvan gewapende beton en struktuurstaal die mees algemeene materiaaleis. In hierdie studieword ‘nrelatiewe nuwe metode vir die konstruksie van kolomme wat in die konstruksiesektor bekendgestel isbespreek, naamlik; Beton Gevulde Dubbele Vel Buise (CFDST). CFDST-kolomme het verskeie voordele, wat dit ‘nbeter konstruksie-elemente maak in vergelyking met struktuurstaal en gewapende beton-kolomme.Die hoofdoel van hierdie studie is om 'n funksionele algemene Eindige Element (FE) model te ontwikkel wat die gedrag en aksiale lasvermoë van eksentrieksegelaaide sirkel CFDST-kolomme voorspel. Hierdie studie gebruik vier verskillende kolomkonfigurasies om die FE-model te kalibreer en te verifeer om die akkuraatheid van die CFDST te bepaal. Hierdie aspek ontbreek feitlik in alle ander navorsingswerkewat die akkuraatheidvan vorige studies bevraagteken.Tydens die ontwikkeling van die algemene FE-model, isditwaargeneem dat sommige algemeene aanvaarde waardes van die parameters van die “Confined Concrete Damaged Plasticity” (CCDP) model in konflik is met die grootte van die parameters wat uit hierdie navorsing bepaal is. Dit het daartoe gelei vir die voorstel dat die grootte van sommige van die CCDP-parameters verander moet word. Verder is aan die einde van die studie 'n paar algemene waarnemings gemaak, wat gelei het tot die voorstelvan nuwe standaardwaardes vir sommige parameters in die CCDP-model
AFRIKAANSE OPSOMMING: Kolomme is struktuurelemente wat kragtevan die vloer, balke en ander kolomme na die fondament oordra. Kolomme moet dus sterkwees om falingteweerstaan.Daar is twee (2) soorte kolomme, dws; kort kolomme en lang kolomme. Kort kolomme faaloor die algemeen as gevolg van vergruisingas gevolg van die kort lengte. Hul verhouding van effektiewe lengte tot die minste laterale dimensie is minder as 12 en het 'n slankheidsverhouding van minder as 45. Hierdie type kolomme word algemeen net onderwerp aan drukspannings.Inteendeellang kolomme faalmeestal deur te knik en hul verhouding van effektiewe lengte tot die laterale dimensie is groter as 12. Die slankheidsverhouding van lang kolomme is groter as 45 en hierdie kolomme word onderhewig aan druk-en trek spannings. Verskeie materiale word in die konstruksie van kolomme gebruik, waarvan gewapende beton en struktuurstaal die mees algemeene materiaaleis. In hierdie studieword ‘nrelatiewe nuwe metode vir die konstruksie van kolomme wat in die konstruksiesektor bekendgestel isbespreek, naamlik; Beton Gevulde Dubbele Vel Buise (CFDST). CFDST-kolomme het verskeie voordele, wat dit ‘nbeter konstruksie-elemente maak in vergelyking met struktuurstaal en gewapende beton-kolomme.Die hoofdoel van hierdie studie is om 'n funksionele algemene Eindige Element (FE) model te ontwikkel wat die gedrag en aksiale lasvermoë van eksentrieksegelaaide sirkel CFDST-kolomme voorspel. Hierdie studie gebruik vier verskillende kolomkonfigurasies om die FE-model te kalibreer en te verifeer om die akkuraatheid van die CFDST te bepaal. Hierdie aspek ontbreek feitlik in alle ander navorsingswerkewat die akkuraatheidvan vorige studies bevraagteken.Tydens die ontwikkeling van die algemene FE-model, isditwaargeneem dat sommige algemeene aanvaarde waardes van die parameters van die “Confined Concrete Damaged Plasticity” (CCDP) model in konflik is met die grootte van die parameters wat uit hierdie navorsing bepaal is. Dit het daartoe gelei vir die voorstel dat die grootte van sommige van die CCDP-parameters verander moet word. Verder is aan die einde van die studie 'n paar algemene waarnemings gemaak, wat gelei het tot die voorstelvan nuwe standaardwaardes vir sommige parameters in die CCDP-model
Description
Thesis (MEng)--Stellenbosch University, 2021.
Keywords
Concrete-filled tubes, Columns, Concrete, UCTD, Eccentric loads, Finite element analysis, Calibration