Kim, Sung-Bo;Han, Man-Yop;Kim, Moon-Young;Ji, Tea-Sug;Jung, Kyoung-Hwan
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.20
no.2
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pp.207-216
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2007
The flexural behavior of steel composite beam with built-up cross-section by bolt connection is presented in this paper. The composite effect due to bolt-connetion and friction between steel plate are considered to investigate the flexural behavior of steel composite beam. The displacement, bending stresses and shear stresses according to composite rate are calculated by F.E. analysis and these results are compared to the analytical values of non interaction beam and full interaction beam. As a result of analysis, the behavior of composite beam is more dependant on the composite rate than the friction of the steel plate. When the composite rate reaches $50{\sim}60%$, the behavior of composite beam is similar to that of fully composite beam.
Kim, Sung-Bo;Kim, Hun-Kyom;Jung, Kyoung-Hwan;Han, Man-Yop;Kim, Moon-Young
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.21
no.1
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pp.43-50
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2008
The analysis and results of flexural behavior for steel composite beam with built-up cross-section considering bolt deformation are presented in this paper. The bolt deformation and the restrict effect due to bolt-connection and friction are considered to investigate the flexural behavior of steel composite beam. Nonlinear spring element in ABAQUS is used to consider bolt deformation, also the results are compared with those in case bolt deformations are ignored. The displacement, bending stresses and shear stresses are calculated by F.E. model, and these results are compared with the analytical value of no interaction beam, partial interaction beam and full interaction beam. As a result of analysis, the behavior of composite beam is more dependant on the composite rate than the friction of the steel. When the composite rate is more than 50%, the behavior of composite beam considering the effects of bolt deformation is similar to that of fully composite beam.
With steel and concrete composite beams, the incomplete interaction between the steel and the concrete slab leads to an appreciable increase in beam deflections. Moreover, encased composite beams using a deep deck plate or hollow-core PC slabs are critical to deflection due to their inherent geometry. In this paper, by using the calculation tools that were developed for a previous study on the deflection of encased composite beams considering the slip effects and load-slip curve, the shear bond stress and additional deflection induced due to interface slip of the encased composite beam are presented. It was found that the slip effects significantly contribute to the encased composite beam deflections and result in stiffness reduction of up to 30% compared to that of full shear interaction beams. The predicted results were compared with the measurement of 18 specimens tested in this study, and comparisons show a high degree of accuracy, within 6%.
This paper deals with the experimental analysis of the flexural behaviour of encased composite beams with hollow core slabs and channels. The shear force between steel beams and hollow core slabs are transferred by channels. Three full-scale specimens were constructed and tested with different steel beam heights, which were compared with those of previous studies. Based on observation of the experiments, the encased composite beams exhibited full shear connection behaviour without any other shear connectors due to their inherent mechanical and chemical bond stress. Experimental results show a behaviour similar to steel-concrete composite beams with classical connectors: elastic and yield domains, great ductility, flexural failure mode (plastic hinge), low relative movement at steel-concrete interface and all specimens failed in a very ductile manner. Consequently, this study enables the validation of the proposed connection device under static loading and shows that it meets modern structural requirements.
In this study, a bending test with three encased composite beams were carried out and analyzed using FEM in order to find how chemical adhesion, interface interlock, friction and composite action by shear studs contribute to stiffness, strength and composite action in the interface of encased compo site beams. The test and results of the FEM analysis showed that the difference in the ultimate moment capacity of the composite beams with and without studs is under 10%. The reason is that the effect of chemical adhesion, interface interlock, and friction in the interface on the composite action is so high that the encased beams have a moment capacity above some defined magnitude. Also, the increment of moment capacity up to plastic moment is not large and the increase of linearly proportioned.
The seismic responses of a building are affected by the connection characteristics that have effects on structural stiffness. In this study, push-over analysis and time history analysis were performed to estimate structural behavior of 2D eight-story unbraced steel structures with partially restrained composite connections using a nonlinear dynamic analysis program. Nonlinear $M-{\theta}$characteristics of connection and material inelastic characteristics of composite beam and steel column were considered. The idealization of composite semi-rigid connection as fully rigid connection yielded an increase in initial stiffness and ultimate strength in the push-over analysis. In time history analysis, the stiffness and hysteretic behavior of connections have effects on base-shear force, maximum story-drift and maximum moment in beams and columns. For seismic waves with PGA of 0.4 g, the structure with the semi-rigid composite connections shows the maximum story-drift with less than the life safety criteria by FEMA 273 and no inelastic behavior of beam and column, whereas in the structure with rigid connections, beams and columns have experienced inelastic behaviors.
This study investigated the effects of a shear slip on the deflection of steel-concretecomposite beams with partial shear interaction. Under the guidance of various current design codes, this deflection was related to the strength of shear connectors in the composite beams. In this paper, a shear connector stiffness based on exact solutions, regardless of loading conditions, was developed. The equivalent rigidity of composite beams that considered three different loading types was first derived, based on equilibrium and curvature compatibility, from which a general formula accounting for slips was developed. To validate this approach, the predicted maximum deflection under the proposed method was compared against currently used equations to calculate beam effective stiffness (AISC)Nie's equations, which have recently been proposed. For typical beams that were used in practice, shear slips might result in stiffness reduction of up to 18% for short-span beams. For full composite sections, the effective section modulus with the AISC specifications was larger than that of the present study, which meant that the specifications were not conservative. For partial composite sections, the AISC predictions were more conservative than those in the present study.
In this study, an experiment was conducted on the Slim Floor system, using a hollow core PC slab, which could reduce the over-all depth of a composite beam. The Slim Floor system is a method used in steel frame multi-story building construction, in which the structural depth of each floor is minimized after incorporating the steel floor beams within the depth of the concrete floor slab. This experimental study focused on the flexural behavior of the partially connected Slim Floor system with asymmetric steel beams encased in hollow core PC slabs. Ten full-scale specimens were constructed and tested in this study, with different steel beam heights, hollow core PC slabs, slab widths, and PC slab bearings. Observations made in line with the experiments indicated that the degree of shear connection without additional shear connection was 0.48-0.98 times more than that of the full shear connection, due to inherent mechanical and chemical bond stress.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.10
no.1
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pp.197-204
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2006
This experimental study of prominent section bending behavior beam without shear connector provides bond capacity between concrete profile and initial stiffness of SC beam by comparing the test result with a theological analysis result and an ANSYS(common structural analysis program) analysis result. The compared result provides a fundamental study for practical use of efficient SC beam. Test result indicates 88%-98% rate of theological result in moment capacity and composition ratio shows 30%-70%. In other words, the results are insufficient to make a complete composite action. Therefore, it is need to make pull shear connection of connection method.
Kim, Sang-Hyo;Won, Jung-Hun;Park, Se-Jun;Lee, Chan-Gu
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2009.04a
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pp.517-520
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2009
본 연구에서는 비선형 FEM 해석을 이용하여 PSC(Prestressed concrete)와 강으로 구성된 혼합구조 보의 휨 실험을 검증하였다. 혼합구조 보의 거동에 가장 큰 영향을 미치는 연결부는 Perfobond rib로 구성된 경우와 스터드로 구성된 경우를 고려하였다. 이종 재료가 접하는 경계면의 상호 작용에 대해 완전합성과 부분합성인 경우를 고려하여 혼합구조 보의 비선형 해석을 수행한 후 해석 결과와 실험 결과를 비교하였다. 하중-처짐관계, 파괴 형상 등의 해석 결과를 실험 결과와 비교한 결과, 부분합성을 고려한 모형이 실험 결과와 유사한 거동을 보였으며 또한 Perfobond rib를 갖는 실험체가 스터드를 갖는 실험체보다 해석 결과와 비교 시 안전측의 결과를 나타냈다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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