• Structural Engineering and Mechanics
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• 제89권2호
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• pp.155-170
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• 2024

Several types of column-beam connections are used in the design of steel structures. This situation causes different cross-section effects and, therefore, different displacements and deformations. In other words, connection elements such as welds, bolts, continuity plates, end plates, and stiffness plates used in steel column-beam connections directly affect the section effects. This matter reveals the necessity of knowing the steel column-beam connection behaviours. In this article, behaviours of bolted column-beam connection with end plate widely used in steel structures are investigated comparatively the effects of the stiffness plates added to the beam body, the change in the end plate thickness and bolt diameter. The results obtained reveal that the moment and force carrying capacity of the said connection increases with the increase in the end plate thickness and bolt diameter. In contrast, it causes the other elements to deform and lose their capacity. This matter shows that optimum dimensions are very important in steel column-beam connections. In addition, it has been seen that adding a stiffness plate to the beam body part positively contributes to the connection's moment-carrying capacity.

• Wind and Structures
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• 제31권1호
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• pp.1-14
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• 2020

This paper presents a method of estimation of fatigue demands on connection bolts of tubular steel wind turbine towers. The presented method relies on numerical simulation of aerodynamic loads and structural behavior of bolted connections modeled using finite element method. Variability of wind parameters is represented by a set of values derived from their probability densities, which are adjusted based on field measurements. Numerically generated stress time-series show agreement with the measurements from strain gauges inside bolts, in terms of power spectra and the resulting damage. Position of each bolt has a determining effect on its fatigue damage. The proposed framework for fatigue life estimation represents the complexities in loading and local behavior of the structure. On the other hand, the developed procedure is computationally efficient since it requires a limited number of simulations for statistically representing the wind variations.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제29권1호
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• pp.89-98
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• 2017

해양플랜트 구조물은 현장에서의 제작이 어려워 작업장에서 중 소단위의 모듈로 제작한 뒤 바지선을 이용해 현장으로 운송 후 설치 제작하는 방식이 사용되고 있다. 이 때 운송 시 발생하는 반복적인 환경하중으로 인해 구조물의 접합부에 피로하중이 작용하게 된다. 따라서 본 연구에서는 플랜트구조물의 운송과정에서 발생하는 피로하중을 적용한 고장력 볼트 접합부의 피로강도에 대한 구조적 신뢰성을 확인하고자 도입축력, 마찰계수, 볼트종류를 변수로 한 실험연구를 수행하였다. 다양한 변수를 고려한 고장력 볼트의 축력변화에 따른 볼트 풀림 현상 규명 연구결과, 고장력 볼트의 축력변화가 1% 내외에서 나타나 구조적 안전성에는 영향을 미치지 않는 것으로 판단된다.

• Smart Structures and Systems
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• 제18권6호
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• pp.1189-1202
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• 2016

This paper describes an application of wavelet analysis for damage detection of a steel frame structure with bolted connections. The wavelet coefficients of the acceleration response for the healthy and loosened connection structure were calculated at each measurement point. The difference of the wavelet coefficients of the response of the healthy and loosened connection structure is selected as an indicator of the damage. At each node of structure the norm of the difference of the wavelet coefficients matrix is then calculated. The point for which the norm has the higher value is a candidate for location of the damage. The above procedure was experimentally verified on a laboratory-scale 2-meter-long steel frame. The structure consists of 11 steel beams forming a four-bay frame, which is subjected to impact loads using a modal hammer. The accelerations are measured at 20 different locations on the frame, including joints and beam elements. Two states of the structure are considered: healthy and damaged one. The damage is introduced by means of loosening two out of three bolts at one of the frame connections. Calculating the norm of the difference of the wavelet coefficients matrix at each node the higher value was found to be at the same location where the bolts were loosened. The presented experiment showed the effectiveness of the wavelet approach to damage detection of frame structures assembled using bolted connections.

• Steel and Composite Structures
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• 제46권3호
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• pp.403-416
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• 2023

This paper summarised and re-examined the theoretical basis of the commonly used design rule developed by Cochrane in the 1920s to consider staggered bolt holes in tension members, i.e., the s²/4g rule. The rule was derived assuming that the term two times the bolt hole diameter (2d₀) in Cochrane's original equation could be neglected, and assuming a value of 0.5 for the fractional deduction of a staggered hole in assessing the net section area. Although the s²/4g rule generally provides good predictions of the staggered net section area, the above-mentioned assumptions used in developing the rule are doubtful, in particular for a connection with a small gauge-to-bolt-hole diameter (g/d₀) ratio. It was found that the omission of 2d₀ in Cochrane's original equation appreciably overestimates the net section area of a staggered bolted connection with a small g/d₀ ratio. However, the assumed value of 0.5 for the fractional deduction of a staggered hole underestimates the staggered net section area for small g/d₀ ratios. To improve the applicability of the above two assumptions, a modified design equation, which covers a full range of g/d₀ ratio, was proposed to accurately predict the staggered net section area and was validated by the existing test data from the literature and numerical data derived from this study. Finally, a reliability analysis of the test and numerical data was conducted, and the results showed that the reliability of the modified design equation for evaluating the net section resistance of staggered bolted connections can be achieved with the partial factor of 1.25.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제27권1호
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• pp.1-12
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• 2015

잘 접합된 볼트접합부는 볼트의 전단파단이 발생할 때 까지 지압 메커니즘에 의하여 훌륭한 연성거동을 보인다. 이러한 볼트접합부에 내재된 연성 능력을 최대한 활용한다면 중력하중, 풍하중, 지진하중 등 다양한 하중에 대하여 활용하여 접합비용의 경제성 제고에 기여할 수 있다. 편심하중을 받는 볼트접합부의 경우 보수적인 탄성해석법과 합리적으로 볼트접합부의 연성거동을 활용할 수 있는 극한강도 해석법이 존재하나 기존의 극한강도해석법은 오늘날 다양한 소재와 설계조건의 다양화에도 불구하고 하나의 소재와 조건으로 이루어진 실험식에 의존하고 있다. 본 연구의 주된 목적은 체계화된 단일볼트의 실험을 기반으로 볼트의 일반화된 힘-변형 관계식을 정립하는 것이다. 실험결과를 토대로 볼트접합부의 기하학적인 요소(볼트의 직경, 플레이트의 두께) 및 강도가 힘-변형 관계에 주된 영향을 미치는 요소라는 것을 알 수 있다. 실험결과를 순간중심회전법에 적용하여 보다 정확하고 경제적인 편심하중을 받는 군볼트 접합부 설계가 가능하다.

• 대한토목학회논문집
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• 제26권2A호
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• pp.327-338
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• 2006

강구조물의 대표적인 현장이음방식인 고장력볼트 마찰이음은 볼트 축력의 관리가 엄격하기 때문에 많은 노동력과 시간을 필요로 하며, 미끄러짐 하중을 기준으로 설계가 이루어져 볼트의 높은 전단강도를 유효하게 이용하지 못하고, 그 결과 소요 볼트수가 많아지는 단점이 있다. 따라서 고장력볼트 마찰이음의 단점을 보완하고, 지압이음의 장점을 살린 전단링을 사용한 새로운 이음방식을 개발하여 기존의 고장력볼트 마찰이음과 비교실험을 실시하고 해석적 연구를 실시하였다. 그 결과 전단링을 이용한 새로운 이음방식은 전단링의 높은 전단강도로 저항하기 때문에 기존의 마찰이음보다 이음부의 내력이 크게 향상되는 것을 실험적으로 확인할 수 있었다. 한편 전단이음의 응력집중을 최소화하면서 최대의 연결강도를 유도하기 위해서는 전단링의 깊이 등의 설계 변수에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제29권4호
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• pp.323-330
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• 2017

공업화박판강구조물은 재료 및 인건비의 절약, 공기 단축 및 대공간 구조의 공간 활용과 시공의 편리성 등의 장점으로 사용이 증가하고 있다. 그러나 최근 갑작스런 과도한 하중으로 인해 붕괴 사고가 일어나고 있다. 구조 설계에 정확하고 전문적인 기술이 필요하지만, 공업화박판강구조의 접합부 볼트 접합부를 완벽하게 고려해주지 않고 단순화하여 해석하는 경우가 많다. 위 논문에서는 선행 실험된 볼트 접합부를 ABAUQS를 이용한 유한요소해석을 실시하고, 실험 결과 비교를 통해 신뢰성을 검증하였다. 그리고 접합부의 변수해석을 통하여 실제 설계에 이용할 수 있는 볼트 접합부의 강성감소계수를 제시하였다.

• 전산구조공학
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• 제7권2호
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• pp.139-146
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• 1994

볼트 접합부의 정확한 해석을 위하여 접합 요소와 볼트 요소 및 쉘 요소를 사용한 방법을 개발하였다. 접합면을 단순하게 이상화시키는 접합 요소와 장력을 갖는 볼트 요소를 도입하였고, 전체적인 계산과정은 2단계, 즉 제안된 방법에 의한 초기 강성의 결정과 뉴턴-랩슨법에 근거하는 호장법을 이용한 비선형 거동의 추적으로 구분하여 행함으로써 계산의 효율성을 증대시켰다. 앵글을 사용한 반강접 접합부와 모멘트 판을 사용한 접합부를 해석하여 기존 실험 및 해석과 비교함으로써 제안한 방법의 정확성과 적용성을 입증하였다. 또한 볼트 접합부의 정확한 해석을 위해서는 접합면에서 발생하는 미끄럼짐의 고려가 반드시 필요하며 접합부를 구성하는 판재의 3차원적인 변형의 해석도 무시할 수 없는 역할을 하는 사실을 보여주었다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제81권4호
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• pp.493-502
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• 2022

Shear lag phenomenon has long been considered in numerous structural codes; however, the AISC provisions have now no longer proposed any unique equation to calculate the shear lag ratio in bolted connections for angles in general. It is noticeable that, however, codes used in this case are largely conservative and need to be amended. A parametric study consisting of 27 angle sections with equal legs and different with bolted connections was performed to investigate the effects of shear lag on the ultimate tensile capacity of angle members. The main parameters were: steel grade, connection length and eccentricity from the center of the plate, as well as the number of rows of bolts parallel to the applied force. The test results were compared with the predictions of the classical 1-x/l law proposed by Mons and Chesen to investigate its application to quantify the effect of shear lag. A parametric study was performed using valid FE models that cover a wide range of parameters. Finally, based on the numerical results, design considerations were proposed to quantify the effect of shear lag on the ultimate tensile capacity of the tensile members.