Document

Numerical modelling on the behaviour of concrete filled steel tube (CFST) with ferrochrome slag (FCS) as a fine aggregate at elevated temperatures.

Other titles
النمذجة العددية لسلوك األنبوب الفوالذي المملوء بالخرسانة )CFST )مع خبث الفيروكروم كركام ناعم في درجات حرارة مرتفعة
Publisher
Sultan Qaboos University.
Gregorian
2023
Language
English
English abstract
Title: Numerical modelling on the behaviour of concrete-filled steel tube (CFST) with ferrochrome slag as a fine aggregate at elevated temperatures. Since laboratory testing is costly and requires considerable amount of time especially in concrete tests, numerical simulation becomes a matter of great interest in the last few decades. Finite element modelling method using computers permits the simulation of structural elements composed of concrete and high strength concrete. On the other hand, modelling the response of concrete containing waste materials and industrial by-products is difficult due to the deficiency in the definition of material properties contrasting normal and common types of concrete. Existing constitutive models for concrete materials do not account for the presence of aggregate replacement such as Ferrochrome slag (FCS). FCS is an industrial by-product of the ferrochrome manufacturing and one of the waste materials that is used in various construction applications. As experimental tests were already performed on FCS concrete that is used in concrete-filled steel tube (CFST) composite column, it is necessary to further investigate the behaviour of this type of concrete utilizing finite element modelling. This research focuses on the numerical simulation of concrete filled steel tube (CFST) stub column with ferrochrome slag as a fine aggregate after exposure to elevated temperatures. The study aims to investigate the behaviour of such columns at ambient temperature and under fire conditions through finite element modelling and simulation. The numerical models were validated against previous experimental data, and parametric studies were conducted to assess the effect of various factors, such as steel tube thickness and concrete strength. Modifications on existing concrete stress-strain relations after cooling from high temperatures were proposed to consider confinement and FCS aggregate replacement. The results are matching well with experiment at normal and high temperature in terms of failure mode, ultimate load capacity and overall behaviour trend. The outcomes of this research can help in understanding the behaviour of concrete-filled steel tube stub columns with ferrochrome slag as a fine aggregate and aid in the design of exceptional/innovative fire-resistant structures that contains new type of materials.
Arabic abstract
نظرا لأن الاختبارات المعملية مكلفة وتتطلب قدرا كبيًرا من الوقت خاصة في اختبارات الخرسانة، أصبحت المحاكاة الرقمية مسألة ذات أهمية كبيرة في العقود القليلة الماضية. تسمح طريقة نمذجة العناصر المحددة باستخدام أجهزة الحاسوب بمحاكاة العناصر الهيكلية المكونة من الخرسانة والخرسانة عالية القوة. من ناحية أخرى، فإن نمذجة استجابة الخرسانة المحتوية على مواد المخلفات والمنتجات الصناعية الثانوية أمر صعب بسبب النقص في تعريف خصائص هذه المواد على عكس الأنواع العادية والشائعة من الخرسانة. النماذج القوامية الحالية للمواد الخرسانية لا تأخذ في الحسبان وجود الركام البديل مثل خبث الفيروكروم (FCS(. خبث الفيروكروم هو منتج ثانوي صناعي ينتج من تصنيع الكروم وأحد مواد المخلفات المستخدمة في تطبيقات البناء المختلفة. نظرا لكون الاختبارات التجريبية قد أجريت مسبقا على الخرسانة التي تحوي خبث الفيروكروم المستخدمة في الأنبوب الفولاذي المملوء بالخرسانة (CFST (كعمود مركب، فمن الضروري إجراء مزيد من التحقيق في سلوك هذا لأنوع من الخرسانة باستخدام نمذجة العناصر المحددة. يركز هذا البحث على المحاكاة الرقمية ألعمدة الأنبوب الفولاذي المملوء بالخرسانة (CFST (مع خبث الفيروكروم (FCS (كركام ناعم بعد التعرض لدرجات حرارة مرتفعة. تهدف الدراسة إلى معرفة سلوك هذه الاعمدة في درجات الحرارة الاعتيادية وتحت ظروف الحريق من خلال المحاكاة ومحاكاة العناصر المحددة. تم التحقق من صحة لأنماذج العددية بالمقارنة مع البيانات المخبرية السابقة، وأجريت دراسات بارامترية لتقييم تأثير العوامل المختلفة، مثل سماكة الأنبوب الفولاذي وقوة الخرسانة. تم اقتراح تعديلات على علاقات الاجهاد والتشوه النسبي الحالية للخرسانة بعد التبريد من درجات الحرارة المرتفعة لمراعاة الخرسانةالمحصورة واستبدال الركام بركام خبث الفيروكروم. تتوافق لأنتائج جيدًامع التجربة في درجات الحرارة العادية والعالية من حيث شكل الفشل وسعة التحميل القصوى ونزعة السلوك العام. يمكن أن تساعد نتائج هذا البحث في فهم سلوك أعمدة الأنبوب الفولاذي المملوءة بالخرسانة مع خبث الفيروكروم كركام ناعم والمساعدة ٍفي تصميم مبان استثنائية ومبتكرة مقاومة للحريق تحتوي على نوع جديد من المواد.
Category
Theses and Dissertations

Same Subject

Theses and Dissertations
0
0
Al-Bahriyah, Mashael Salim Said.
Sultan Qaboos University.
2021