Structural state of stress analysis of concrete-filled stainless steel tubular short columns

Applying the theory of structural state of stress, this paper investigates the behaviour characteristics of concrete-filled stainless steel tubular (CFSST) short columns during their experimental working process. First, the sum of the generalized strain energy density (GSED) values (Eij) of the short column at every load value (Fj) is normalized as Ej, norm to describe the structural state of stress. Then, the state of stress jump is identified by applying the Mann-Kendall (M-K) criterion to the Ej, norm-Fj curve creatively, following the rule of quantitative change to qualitative change. The investigation reveals the general state of stress mutation characteristics of short columns at specific individual loads, leading to an update of the failure load. Furthermore, it is verified that the simulative working behaviour of short columns can also reflect the state of stress characteristics revealed through the investigation into the experimental data. Hence, we formulate the relationship between the failure loads of CFSST short columns using the simulative data, and then validate it through both experimental and simulative data. In total, this study explores a new way to reveal some unseen working characteristics of structures; hopefully, it will initiate similar research on various structures, and the results achieved will lead to more rational design codes.

Analyse der statischen Spannungszustände von kurzen betongefüllten Rundstützen aus Edelstahl.
Unter Anwendung der Theorie der statischen Spannungszustände werden im vorliegenden Beitrag die experimentellen Untersuchungen zum Arbeitsverhalten kurzer betongefüllter Rundstützen aus Edelstahl (CFSST) behandelt. Zur Beschreibung des statischen Spannungszustands wird zunächst die Summe der GSED (Generalized Strain Energy Density)-Werte (Eij) der Kurzstütze bei jedem Lastwert (Fj) als Ej, norm standardisiert. Anschließend wird der stark ansteigende Spannungszustand, unter Beachtung des Gesetzes von quantitativer Veränderung zu qualitativer Veränderung, durch Anwendung des Mann-Kendall (M-K)-Kriteriums auf die Ej, norm-Fj-Kurve herausgearbeitet. Die Untersuchung zeigt die allgemeinen Charakteristiken der Veränderungen des Spannungszustandes von kurzen Stützen bei bestimmten Einzellasten, was die Präzisierung der Versagenslast ermöglicht. Darüber hinaus wird nachgewiesen, dass das simulative Arbeitsverhalten kurzer Stützen die Spannungszustände widerspiegeln kann, die sich aus den experimentellen Daten ergeben. Daher werden die Bedingungen der Versagenslasten von kurzen CFSST-Stützen unter Verwendung der simulativen Daten formuliert und diese durch experimentelle und simulative Daten validiert. Insgesamt untersucht diese Studie eine neue Möglichkeit zur Erkennung unsichtbarer Arbeitseigenschaften von Tragwerken. Im Idealfall gibt sie Anlass zu entsprechenden Untersuchungen verschiedener Tragwerke, sodass die Ergebnisse zu einer Verbesserung der Bemessungsvorschrift führen können.