STRENGTHENING OF CONCRETE-FILLED COLD-FORMED STAINLESS STEEL TUBULAR COLUMNS

STRENGTHENING OF CONCRETE-FILLED COLD-FORMED STAINLESS STEEL TUBULAR COLUMNS. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF (Thesis)
Galal_M_Dissertation.pdf - Accepted Version
Restricted to Repository staff only until 17 April 2020.

Download (6MB)

Arabic Abstract

في الآونة الأخيرة ، تم استخدام مادة الفولاذ المقاوم للصدأ كمواد بناء بسبب مزاياها مقارنة بالفولاذ الكربوني والتي تشمل مظهرها الجمالي ، ومقاومة عالية للتآكل ، وسهولة الصيانة ومقاومة عالية للحريق. أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ المملوءة بالخرسانة توفر ليونة عالية ، وصلابة ، قوة واستخدام كامل لمواد البناء. يمكن استخدام أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ المملوءة بالخرسانة لبناء اعمدة الجسور والمباني متعددة الطوابق وغيرها من الأعضاء الداعمة بسبب مزاياها مقارنة باعمدة الخرسانية المسلحة العادية. تهدف هذه الدراسة الى التحقق من طريقتين تقنيتين تستخدمان لزيادة القدرة على التحمل ، إحدي هذة التقنتين استخدام قمصان من الياف الكربون المعززة بالبولمر لزيادة التحمل في أنابيب الصلب غير القابل للصدأ المفرغة وأنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ المملوءة بالخرسانة و التي سبق انشاؤه و التقنية الاخرى موجهة لاستخدام قضبان الفولاذ الكربوني الملحومة الى السطح الداخلي لانابيب الفولاذ المفرغ و المملوءة. يحتوي هذا البحث على ثلاثة مكونات رئيسية: العمل التجريبي ، والمحاكاة العددية ، واقتراح نماذج التصميم. لغرض العمل التجريبي ، تم اختبار ثلاثة وأربعين عمودًا قصيرا دائريًا تحت تحميل الضغط لتقييم فعالية قميص البوليمر المقوى بألياف الكربون وقضبان الفولاذ الكربوني الطولية. تم تصنيف عينات الاعمدة إلى أربع مجموعات تتعلق بسلوكه الانشائي: أنابيب الصلب غير القابل للصدأ المفرغة المقواة باستخدام قميص البوليمر المقواة بألياف الكربون تحت التحميل المحوري ، أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ المملوءة بالخرسانة المحصورة بواسطة قميص البوليمر المقواة بألياف الكربون تحت التحميل المحوري ، أنابيب مملوءة بالخرسانة من الصلب غير القابل للصدأ محصورة بالقميص البوليمرية المقواة بألياف الكربون تحت التحميل غير المركزي ، وأنابيب الصلب غير القابل للصدأ المفرغة وأنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ المملوءة بالخرسانة المقواة بقضبان ملحومة طولية تحت التحميل المحوري. أظهرت النتائج التجريبية أن استخدام قمصان البوليمر المقوى بألياف الكربون والقضبان الطولية كطرق تقوية كانت فعالة من حيث زيادة القدرة على الحمل. علاوة على ذلك ، تم عمل نماذج العناصر المحددة ثلاثية الأبعاد والتحقق من صحتها مقارنة بالنتائج التجريبية . بعد ذلك ، تم توظيف نماذج العناصر المحددة المحققة من صحتها لإجراء دراسات عوامل اخرى. تم تحليل أكثر من 300 من نماذج العناصر المحددة للحصول على نتائج قدرة التحمل. أخيرًا ، تم استخدام نتائج العناصر التجريبية والعددية لاقتراح نماذج تصميم للتنبؤ بقدرة التحمل للمجموعات الأربع التي تم بحثها في هذا الرساله.

English Abstract

Recently, stainless steel material has been used as a construction material due to its advantages over carbon steel which include its aesthetic appearance, high resistance to corrosion, ease of maintenance and high fire resistance. Concrete-filled stainless steel tubular stub columns (CFSSTCs) offer high ductility, stiffness, strength and full usage of construction materials. CFSSTCs can be utilized for the construction of bridge piers, multi-story buildings and other supporting members due to their advantages compared with ordinary reinforced concrete columns. This study aims at investigation of two strengthening techniques for enhancing the ultimate load carrying capacity of hollow stainless steel tubular columns (HSSTCs) and CFSSTCs. One of these techniques was utilizing carbon fiber reinforced polymer (CFRP) jacketing to strengthen the HSSTCs and CFSSTCs that were already constructed and the other technique was directed to the HSSTCs and CFSSTCs newly designed by using longitudinal carbon steel bars welded to the inner stainless steel surfaces. This research has three major components: an experimental work, numerical simulation and proposing design models. For experimental work, forty-three stub circular stub columns were tested under monotonic compressive loading to evaluate the effectiveness of the CFRP jacketing and longitudinal carbon steel bars. The experimental stub column specimens were categorized into four groups regarding their structural behavior: CFRP-stiffened HSSTCs under axial load, CFRP-confined CFSSTCs under axial load, CFRP-confined CFSSTCS under eccentric load and carbon bars-welded HSSTCs and CFSSTCs under axial loading. Experimental results exhibited that using CFRP jacketing and longitudinal carbon bars as strengthening techniques were effective in terms of enhancing the load carrying capacity. Moreover, three dimensional finite element models (FEMs) were developed and validated against the experimental results using ABAQUS software. Thereafter, the validated FEMs were employed to perform extensive parametric studies; more than 300 FEMs were analyzed to obtain the load carrying capacity results. Finally, the experimental and FE results were utilized to propose design models to predict the load carrying capacity for the four groups considered in this research.

Item Type: Thesis (PhD)
Subjects: Civil Engineering > Structural Engineering
Divisions: College Of Engineering Sciences > Civil Engineering Dept
Committee Advisor: Sharif, Alfarabi
Committee Members: Al-Gadhib, Ali and Al-Dulaijan, Salah and Kalimur Rahman, Muhammad
Depositing User: GALAL AL-MEKHLAFI (g201309410)
Date Deposited: 04 Jul 2019 09:52
Last Modified: 01 Nov 2019 21:00
URI: http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140929