This paper presents a non-linear finite element model (FEM) used to predict the behaviour of slender concrete filled steel tubular (CFST) columns with elliptical hollow sections subjected to axial compression. The accuracy of the FEM was validated by comparing the numerical prediction against experimental observation of eighteen elliptical CFST columns which carefully chosen to represent typical sectional sizes and member slenderness. The adaptability to apply the current design rules provided in Eurocode 4 for circular and rectangular CFST columns to elliptical CFST columns were discussed. A parametric study is carried out with various section sizes, lengths and concrete strength in order to cover a wider range of member cross-sections and slenderness which is currently used in practices to examine the important structural behaviour and design parameters, such as column imperfection, non-dimension slenderness and buckling reduction factor, etc. It is concluded that the design rules given in Eurocode 4 for circular and rectangular CFST columns may be adopted to calculate the axial buckling load of elliptical CFST columns although using the imperfection of length/300 specified in the Eurocode 4 might be over-conservative for elliptical CFST columns with lower non-dimensional slenderness.

El empleo de pilares tubulares de acero rellenos de honnigón (CFT) ha crecido en las últimas décadas, debido a su excelente comportamiento estructural, que aprovecha el efecto combinado del acero y honnigón trabajando juntos. Esta asociación ofrece una serie de ventajas que hacen de las columnas CFT una solución interesante: su alta capacidad portante o su eficiente tecnología constructiva pueden citarse entre sus beneficios ampliamente conocidos, que se completan con una elevada resistencia al fuego sin necesidad de protección externa. Tradicionalmente, se han venido utilizando secciones huecas circulares, cuadradas y rectangulares para formar estas columnas compuestas. Adicionalmente, la sección elíptica ha sido recientemente introducida dentro de la gama de secciones de acero huecas disponib les comercialmente. Su atractivo estético y su reducida intrusión visual, junto con sus ventajas estructurales asociadas a secciones con diferentes propiedades en sus ejes fuerte y débil, hacen a las secciones elípticas de gran interés para los diseñadores. En esta tesis se estudian pi lares CFT de sección tanto circular como elíptica. Pese a que el comportamiento de los pilares CFT a temperatura ambiente ha quedado bien establecido en los últimos años, en situación de incendio la degradación de las propiedades del material da lugar a un comportamiento extremadamente no lineal de estas columnas compuestas, lo que hace dificil predecir su fallo. El estado del arte en el campo del comportamiento frente al fuego de columnas CFT se revisa en esta tesis, mostrando que es necesario profundizar en su investigación para una comprensión completa del funcionamiento de tales columnas en situación de incendio. En el caso de las secciones elípticas, este trabajo constituye una investigación novedosa. El comportamiento frente al fuego de los pilares CFT se estudia en esta tesis por medio de un modelo realista tridimensional de elementos finitos. Los valores adoptados de los parámetros del / Espinós Capilla, A. (2012). Numerical analysis of the fire resistance of circular and elliptical slender concrete filled tubular columns [Tesis doctoral]. Editorial Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/17579

[EN] The combination of different materials to form a single structural member to take profit of their individual good characteristics is a successfully established practice in building industry. In concrete filled tubular columns (CFT) the combined action of steel and concrete results in many positive attributes at ambient temperature: high load-bearing capacity with smaller cross-section size, aesthetics, high stiffness and ductility and reduced construction cost. In the last decades, the use of CFT columns in building industry, especially in high-rise buildings, has increased not only because of their positive characteristics at room temperature, but also for their inherent high fire resistance. Besides, CFT sections are greatly versatile given that they admit different types of concrete infill such as plain concrete, bar-reinforced concrete or fiber reinforced concrete; and also a wide variety of shapes. Although the more commonly used shapes are circular, and rectangular, new configurations and shapes are continuously appearing together with innovative materials. The ambient temperature behavior of CFT columns has been deeply studied and, in turn, the investigations dealing with their fire behavior have increased. For its structural analysis, the column can be considered as an isolated member or as a column integrated in a structure interacting with other structural members. The review of the state of the art in the area of CFT columns in fire carried out in the framework of this thesis has pointed out that most works cover the fire response of isolated members and that the existing studies on columns within frames differ in their proposals and conclusions. In this thesis, the fire response of CFT columns is analyzed by means of a fiber beam element model. First, a realistic cross-sectional thermal model is implemented to be integrated in the thermo-mechanical model developed whose accuracy is validated against experimental results after its calibration. Parametric studies are carried out with the aim of investigating the main factors affecting the problem and developing a simple calculation method based on Eurocode 4 and using the concept of equivalent concrete core cross-section. Finally, given the reduced computational cost of the fiber model, the effects of axial and rotational restraint in the fire response of CFT columns are investigated by integrating the heated CFT column within a frame. A parametric analysis is performed in order to draw conclusions about this interaction and contrast the current code provisions. The scope of this thesis is limited to circular CFT columns subjected to concentric axial loads. / [ES] Combinar diferentes materiales en un único elemento estructural para aprovechar las fortalezas individuales de cada uno es una práctica consolidada con éxito en el sector de la construcción. En los pilares tubulares de acero rellenos de hormigón (CFT) la acción conjunta del acero y el hormigón presenta muy buenas cualidades a temperatura ambiente: alta capacidad de carga con secciones pequeñas, buena apariencia, alta rigidez y ductilidad y bajo coste de puesta en obra. En las últimas décadas, el uso de pilares CFT en el sector de la construcción, especialmente en edificios de gran altura, ha aumentado no solo debido a sus buenas características a temperatura ambiente sino también por su inherente alta resistencia al fuego. Además, las secciones de pilares CFT son muy versátiles ya que admiten diferentes tipos de relleno, como hormigón en masa, con armaduras o reforzado con fibras; y también una amplia variedad de formas. Aunque los perfiles tubulares más usados son los circulares y rectangulares, nuevas configuraciones están continuamente en desarrollo junto con nuevos materiales. El comportamiento de los pilares CFT a temperatura ambiente ha sido ampliamente estudiado y, a su vez, las investigaciones sobre su comportamiento a fuego han aumentado. Para su análisis estructural, el pilar puede ser considerado como un elemento aislado o como un elemento integrado en una estructura que interactúa con otros elementos estructurales. La revisión del estado del arte en el área de los pilares CFT sometidos a fuego llevado a cabo en el marco de esta tesis ha puesto de manifiesto que la mayoría de los trabajos cubren la respuesta a fuego de elementos aislados y que los estudios existentes sobre pilares en estructuras difieren en sus propuestas y conclusiones. En esta tesis, la respuesta a fuego de pilares CFT se analiza por medio de un modelo de elementos viga con integración por fibras. En primer lugar, se implementa un modelo térmico realista para ser integrado en el modelo termo-mecánico desarrollado cuya precisión se valida con resultados experimentales después de ser calibrado. Un estudio paramétrico se lleva a cabo con el objeto de estudiar los principales factores que afectan al problema y desarrollar un modelo simplificado de cálculo basado en el Eurocódigo 4 Parte 1-1 y que emplea el concepto de sección equivalente del núcleo de hormigón. Finalmente, dado el reducido coste computacional del modelo de fibras, se investigan los efectos de la restricción axial y rotacional en la respuesta frente al fuego de los pilares CFT integrando la columna expuesta a fuego dentro de una subestructura. Se ejecuta un estudio paramétrico para extraer conclusiones sobre esta interacción y contrastar las prescripciones de la normativa actual. El alcance de esta tesis queda limitado a pilares CFT sin protección externa, de sección circular y sometidos a carga axial centrada. / [CA] Combinar distints materials en un únic membre estructural per a aprofitar les fortaleses individuals de cada u és una pràctica consolidada amb èxit en el sector de la construcció. En els pilars tubulars d'acer omplerts de formigó (CFT) l'acció conjunta de l'acer i el formigó presenta molt bones qualitats a temperatura ambient: alta capacitat de càrrega amb seccions xicotetes, bona aparença, alta rigidesa i ductilitat i baix cost de posada en obra. En les últimes dècades, l'ús de pilars CFT en el sector de la construcció, especialment en edificis de gran altura, ha augmentat no sols degut a les seues bones característiques a temperatura ambient, sinó també per la seua inherent alta resistència al foc. A més, les seccions de pilars CFT són molt versàtils, doncs admeten distints tipus de farcit, com formigó en massa, amb armadures o reforçat amb fibres; i també una àmplia varietat de formes. Encara que els perfils tubulars més usats són els circulars i rectangulars, noves configuracions estan contínuament en desenvolupament junt amb nous materials. El comportament dels pilars CFT a temperatura ambient ha sigut àmpliament estudiat i, al mateix temps, les investigacions sobre el seu comportament a foc han augmentat. Per a la seua anàlisi estructural, el pilar pot ser considerat com un element aïllat o com un element integrat en una estructura que interactua amb altres elements estructurals. La revisió de l'estat de l'art en l'àrea dels pilars CFT sotmesos a foc, duta a terme en el marc d'aquesta tesi, ha posat de manifest que la majoria dels treballs cobreixen la resposta a foc d'elements aïllats, i que els estudis existents sobre pilars en estructures difereixen en les seues propostes i conclusions. En aquesta tesi, la resposta a foc de pilars CFT s'analitza mitjançant un model d'elements biga amb integració per fibres. En primer lloc, s'implementa un model tèrmic realista per a ser integrat en el model termo-mecànic desenvolupat, i la seua precisió es valida amb resultats experimentals desprès de ser calibrat. Un estudi paramètric es du a terme amb l'objectiu d'estudiar els principals factors que afecten al problema i desenvolupar un model simplificat de càlcul basat en l'Eurocodi 4, Part 1-1 i que empra el concepte de secció equivalent del nucli de formigó. Finalment, tenint en compte el reduït cost computacional del model de fibres, s'investiguen els efectes de les restriccions axial i rotacional en la resposta a foc dels pilars CFT integrant la columna exposada a foc dins d'una subestructura. Un estudi paramètric s'executa per a obtenir conclusions sobre aquesta interacció i contrastar les prescripcions de la normativa actual. L'abast d'aquesta tesi queda limitat a pilars CFT sense protecció externa, de secció circular i sotmesos a càrrega axial centrada. / Ibáñez Usach, C. (2016). FIRE RESPONSE ANALYSIS OF CIRCULAR CONCRETE FILLED TUBULAR COLUMNS AND THE EFFECTS OF AXIAL AND ROTATIONAL RESTRAINTS [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/60150 / Premios Extraordinarios de tesis doctorales

Este trabalho aborda o estudo de pilares preenchidos flexo-comprimidos e algumas ligações viga-pilar preenchido. Para ambos, são realizadas experimentações com modelos físicos e numéricos, sendo que para os pilares preenchidos um amplo estudo paramétrico foi desenvolvido. Ao todo, foram ensaiados 13 pilares preenchidos flexo-comprimidos, cujos valores de força última são comparados com aqueles provenientes da simulação numérica via programa CFT e, os demais resultados, comentados e discutidos. Aferido, o programa CFT foi utilizado no estudo paramétrico com o intuito de avaliar a influência de parâmetros como resistência dos materiais, excentricidade da força axial, eixo de flexão e relação lado/espessura na capacidade resistente do pilar preenchido. Quanto às ligações viga-pilar, foram ensaiadas 4 tipologias de ligação, sendo duas compostas por chapas de extremidade e parafusos passantes e duas soldadas, sendo uma delas enrijecida por cantoneiras soldadas no interior do perfil tubular. Discutem-se os resultados, sobretudo quanto ao comportamento momento-rotação das tipologias investigadas. As ligações também foram investigadas via simulação numérica e os resultados obtidos permitiram elaborar diretrizes para o aprimoramento de tais simulações. Por fim, são apresentadas as conclusões pertinentes a este trabalho e recomendações para novas pesquisas / This research thesis presents a study of concrete filled steel columns subjected to combined bending and compression and beam-column connections. In both cases, tests were conducted on physical and numerical models, resulting in the development of a wide range of parametric studies for the case of the concrete filled steel columns. 13 concrete filled steel columns were tested under combined bending and compression loads whose ultimate values were compared to ultimate forces obtained from numerical simulations using the CFT computer program. After calibration, the computer program was used in the parametric study with the aim of verifying the influence of parameters, such as the material strength, eccentricity of the axial force, bending axis and breadth/thickness relation, on the ultimate load carrying capacity of the concrete filled steel columns. With respect to the beam-column connections, four types of connections were tested, two of them composed of endplate and bolts, while the other two were welded, with one of them stiffened by an angle steel placed inside the steel tube. The obtained results are discussed, giving more emphasis to the bending moment-rotation behaviour of the tested specimens. The beam-column connections were also investigated numerically. The obtained results permit the laying out of important directives for the improvement of such numerical simulation tools as the one employed in the present thesis. Lastly, pertinent conclusions relative to this thesis and recommendations for future research are presented

No description available.

No description available.

No description available.

Este trabalho aborda o estudo de pilares preenchidos flexo-comprimidos e algumas ligações viga-pilar preenchido. Para ambos, são realizadas experimentações com modelos físicos e numéricos, sendo que para os pilares preenchidos um amplo estudo paramétrico foi desenvolvido. Ao todo, foram ensaiados 13 pilares preenchidos flexo-comprimidos, cujos valores de força última são comparados com aqueles provenientes da simulação numérica via programa CFT e, os demais resultados, comentados e discutidos. Aferido, o programa CFT foi utilizado no estudo paramétrico com o intuito de avaliar a influência de parâmetros como resistência dos materiais, excentricidade da força axial, eixo de flexão e relação lado/espessura na capacidade resistente do pilar preenchido. Quanto às ligações viga-pilar, foram ensaiadas 4 tipologias de ligação, sendo duas compostas por chapas de extremidade e parafusos passantes e duas soldadas, sendo uma delas enrijecida por cantoneiras soldadas no interior do perfil tubular. Discutem-se os resultados, sobretudo quanto ao comportamento momento-rotação das tipologias investigadas. As ligações também foram investigadas via simulação numérica e os resultados obtidos permitiram elaborar diretrizes para o aprimoramento de tais simulações. Por fim, são apresentadas as conclusões pertinentes a este trabalho e recomendações para novas pesquisas / This research thesis presents a study of concrete filled steel columns subjected to combined bending and compression and beam-column connections. In both cases, tests were conducted on physical and numerical models, resulting in the development of a wide range of parametric studies for the case of the concrete filled steel columns. 13 concrete filled steel columns were tested under combined bending and compression loads whose ultimate values were compared to ultimate forces obtained from numerical simulations using the CFT computer program. After calibration, the computer program was used in the parametric study with the aim of verifying the influence of parameters, such as the material strength, eccentricity of the axial force, bending axis and breadth/thickness relation, on the ultimate load carrying capacity of the concrete filled steel columns. With respect to the beam-column connections, four types of connections were tested, two of them composed of endplate and bolts, while the other two were welded, with one of them stiffened by an angle steel placed inside the steel tube. The obtained results are discussed, giving more emphasis to the bending moment-rotation behaviour of the tested specimens. The beam-column connections were also investigated numerically. The obtained results permit the laying out of important directives for the improvement of such numerical simulation tools as the one employed in the present thesis. Lastly, pertinent conclusions relative to this thesis and recommendations for future research are presented

The thesis is aimed at deepening knowledge about the design and use of open-graded asphalt concrete filled with a special cement grout. The first part is the issue discussed theoretically with reference to the real possibility of practical application, a description of the various manufacturers and their patented technologies. The second part of this work is devoted to assess the resistance of this technology to chemical de-icing agents.

El empleo de estructuras mixtas de acero-hormigón ha experimentado un aumento creciente en las últimas décadas, dado qu permiten un mejor aprovechamiento de las características de los materiales empleados, en comparación con estructuras de hormigón armado y acero trabajando de forma independiente. Este trabajo de investigación se centra en el estudio y análisis de pilares mixtos de tipo perfil tubular de acero, CFT (Concrete Filled Tube), rectangular o cuadrado, rellenos de hormigón de alta resistencia. Este tipo de pilares cuenta con ventajas respecto a otros pilares mixtos como el hecho de que el perfil de acero sirve de enconfrado para el núcleo de hormigón y a su vez, cuenta con suficiente capacidad resistente como para soportar las cargas exixtentes en fase de construcción. Todo ello permite un importante ahorro, tanto económico, como en las plazos de ejecución. Otras ventajas de estos pilares es que el perfil tubular confina el núcleo de hormigón y este a su vez evita que se produzca el pandeo local del tubo de acero, permitiendo así su plastificación y máximo aprovechamiento. Estas ventajas, proporcionan a los soportes ductibilidad característica muy importante frente a la acción sísima, de ahí que el uso de este tipo de pilares se haya extendido en países como Japón, Estados Unidos y China. Es importante, también, destacar el aumento de resistencia al fuego del sistema en comparación con un perfil de acero hueco. A partir del análisis del estado actual del conocimiento se ha planteado una campaña experiemental que cubre los aspectos no estudiados hasta el momento, y que constituyen los casos más habituales en la práctica real: soportes esbeltos o semiesbeltos sometidos a carga axial y diagrama de momentos no constante. En total se han efectuado 78 ensayos sobre pilares mixtos. Los resultados experimentales se comparan con las previsiones de las normativas de referencia más importantes para el cálculo de pilares mixtos: EC4, AISC 2010, BS5-400:2005, AS5100-6, DBJ13-51, etc, comprobando su validez para el tipo de pilar estudiado. Finalmente se ha planteado un modelo de cálculo simplificado basado en el método de amplificación de momentos y se ha ajustado el factor de rigidez a flexión de los pilares, así como un factor de conversión a diagrama de momentos constantes. / Hernández Figueirido, D. (2012). Estudio experimental del pandeo de perfiles tubulares rectangulares de acero, rellenos de hormigón de alta resistencia, bajo carga axial y diagrama de momentos variables [Tesis doctoral]. Editorial Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/14724