Numerical and Experimental Study of Partially Concrete-Filled Circular Steel Sections
Translated title
Numerisk og eksperimental undersøgelse af delvist beton fyldte cirkulære stålrør
Author
Hansen, Søren
Term
4. term
Education
Publication year
2011
Submitted on
2011-06-20
Pages
84
Abstract
Stålrør delvist fyldt med mørtel (PCFT) undersøges eksperimentelt og numerisk for at forstå deres opførsel under bøjning. Selv om faktorer som slankhed (L/D), diameter‑tykkelsesforhold (D/t) og materialestyrke også påvirker PCFT’ers opførsel, fokuserer dette studie på mørtelstyrke og vedhæftning. Tolv rør blev testet i 3‑punkts bøjning: seks med højstyrke mørtel (fc = 115 MPa) og seks med lavstyrke mørtel (fc = 7,7 MPa). For at isolere effekten af vedhæftning blev halvdelen af prøverne smurt indvendigt for at forhindre adhesion. Et tomt stålrør blev også testet som reference og brugt til at kalibrere en forenklet numerisk model af stålrøret. Mørtlen blev modelleret med plastic‑damage materialemodellen i Abaqus; en følsomhedsanalyse viste, at modellen bliver mesh‑afhængig, når viskoplastisk regularisering er aktiveret. Materialeforsøg fastslog mørtlens tryk- og trækstyrke; for højstyrkemørtlen blev elasticitetsmodul og Poissons tal også målt. Den numeriske model af PCFT bygger på den kalibrerede stålrørsmodel. Testene viser, at mørtel forlænger det lineært elastiske område af last–nedbøjningskurven med 57–112 % afhængigt af mørtelstyrke og kontakt/vedhæftning. Simulationerne gengiver den indledende respons men undervurderer maksimal last, primært på grund af den forenklede model af stålrøret. Brudmekanismerne afhænger af mørtelstyrke og vedhæftning: smurte prøver har færre, men bredere revner; lavstyrkemørtel viser betydelig knusning og meget fine revner, ofte usynlige; med højstyrkemørtel udvikles udadbukning af stålet, og lokal indadgående deformation ved lastpunktet observeres.
Steel tubes partly filled with grout (PCFT) are studied experimentally and numerically to understand their behavior under bending. While factors such as slenderness (L/D), diameter‑to‑thickness ratio (D/t), and material strength also influence PCFT behavior, this study concentrates on grout strength and bond. Twelve tubes were tested in three‑point bending: six with high‑strength grout (fc = 115 MPa) and six with low‑strength grout (fc = 7.7 MPa). To isolate the effect of bond, half the specimens were greased internally to prevent adhesion. An empty steel tube was also tested as a reference and used to calibrate a simplified numerical model of the steel tube. The grout was modeled with the plastic‑damage material model in Abaqus; a sensitivity study showed the model becomes mesh‑dependent when viscoplastic regularization is activated. Material tests determined the grout’s compressive and tensile strengths; for the high‑strength grout, the elastic modulus and Poisson’s ratio were also measured. The numerical model of the PCFT builds on the calibrated steel‑tube model. Tests show that grout extends the linear elastic portion of the load–deflection curve by 57–112%, depending on grout strength and the contact/bond condition. The simulations reproduce the initial response but underestimate the peak load, mainly due to the simplified steel‑tube model. Failure mechanisms depend on grout strength and bonding: greased specimens exhibit fewer but wider cracks; low‑strength grout shows significant crushing and very fine cracks, often invisible; with high‑strength grout, outward buckling of the steel develops, and inward local deformation at the loading point is observed.
[This abstract was generated with the help of AI]
Documents