Shear connectors are key elements that ensure integrity in a composite system. The primary purpose of a shear connector is to bring a high degree of interaction between composite elements. A wide variety of connectors are available for hot-rolled composite construction, connected to the beam through welding. However, with cold-formed members being very thin, welding of shear connectors is not desirable in cold-formed composite constructions. Shear connectors for cold-formed elements are limited in studies as well as in the market. Hence in this study, three different types of shear connectors, namely, single-channel, double channel, and self-tapping screw, were considered, and their performance assessed by the Push-out test as per Eurocode 4. The connection between channel shear connectors and the beam was made using self-tapping screws to avoid welding. The performance of the connectors was analyzed based on their ultimate capacity, characteristic capacity, ductility, and slippage during loading. Strength to weight ratio was also carried out to understand the proposed connectors' suitability for conventional ones. The results showed relatively higher initial stiffness and ductility for double channel connectors than other connectors. Also, self-tapping screws had a higher strength to weight ratio with low ductility.
In the concept of two-parameter fatigue failure criterion, the material fatigue failure is determined by the damage degree and the current stress level. Based on this viewpoint, a residual strength degradation model for stud shear connectors under fatigue loads is proposed in this study. First, existing residual strength degradation models and test data are summarized. Next, three series of 11 push-out specimen tests according to the standard push-out test method in Eurocode-4 are performed: the static strength test, the fatigue endurance test and the residual strength test. By introducing the "two-parameter fatigue failure criterion," a residual strength calculation model after cyclic loading is derived, considering the nonlinear fatigue damage and the current stress condition. The parameters are achieved by fitting the data from this study and some literature data. Finally, through verification using several literature reports, the results show that the model can better describe the strength degradation law of stud connectors.
A biomechanical study was made to demonstrate the superior mechanical performance of the newly designed Miniplate staple to the conventional Coventry staple in high tibial osteotomy(HTO). Using twenty fresh porcine tibiae, the fixational strengh of the two different types of staple in HTO was compared. To minimize the error due to the specimen-to-specimen individuality, the bone mineral density of the tibiae was measured with a bone densitometry (Dual photon absorptionometer, Luner, USA) and those with $0.8\;{\sim}\;1.2\;gm/cm^2$ at the proximal tibia was used in the biomechanical test. Testing was performed on a material testing system (Autogram ET-5, Shimatzu, Japan) with aid of a commercial data processor (IBM 80386/ ASYST). Using two differant loading modes, 'pull-out' and 'push-out', the maximum resistant force required to release the staple from the substrate bone was recorded. In the pull-out test, ten non-osteotomized specimens were used and the staple was pullout by subjecting an axial tension on the head of the staple inserted. While in the pull-out test where ten tibiae osteotomized in the usual way of HTO were used, the staple was not directly loaded. In this testing, as a mimic condition of the natural knee, the distal part of the specimen tibia was pushed horizontally in order for the staple to be pulled out while the proximal tibia was fixed. The pull-out strength of Coventry staple and miniplate staple were found to be $27.88\;{\pm}\;5.12\;kgf$ and $182.47\;{\pm}\;32.75\;kgf$, respectively. The push-out strength of Coventry staple and miniplate staple were $18.40\;{\pm}\;4.47\;kgf$ and $119.95\;{\pm}\;19.06\;kgf$, respectively. The result revealed that miniplate staple had the pull-out/ push-out strength at least fivetimes higher than Coventry staple. Based on the measured data, it was believed that the newly designed miniplate staple could provide much better postoperative fixation in HTO. The postoerative application of long leg casting may not be needed after HTO surgery.
Oh, Hyoung Seok;Shin, Hyeongyeop;Ju, Youngkyu;Kang, Thomas H.K.
Steel and Composite Structures
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제43권3호
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pp.311-325
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2022
For multi-story structural systems, Korean steel industry has fostered development of a steel-concrete composite beam. Configuration of the composite beam is characterized by steel angle shear connectors welded to a U-shaped cold formed-steel beam. Effects of shear connector orientation and spacing were studied to evaluate current application of the angle shear connector design equation in AC495. For the study, interfacial shear resistance behavior was investigated by conducting 24 push-out tests and attuned using unreinforced push-out specimens. Interfacial shear to horizontal slip response was reported along with corresponding failure patterns. Pure shear connector strength was also evaluated by excluding concrete shear contribution, which was estimated in relation to steel beam-slab interface separation or interfacial crack width.
현장타설 콘크리트 바닥판 교량의 전단연결부의 강성 평가를 분석하고 프리캐스트 콘크리트 바닥판 교량의 전단연결부의 강성을 평가하기 위한 실험을 통해 전단강성을 구하였다. 전단연결부 채움재료의 강도특성에 대한 변수연구와 국부적인 응력분포를 파악하기 위하여 push-out 실험부재에 대한 3차원 유한요소해석을 수행하였다. 해석을 통해 구한 하중-슬립관계를 실험에서 구한 것과 비교하여 타당성을 검증하고 프리캐스트 바닥판 교량 전단연결부의 초기 강성에 대한 평가식을 제안하였다. 선형해석을 수행하여 전단연결재 지름과 모르터의 강도에 따른 손상의 양상과 전단연결재와 무수축모르터에 각각 파괴기준을 적용하여 파괴하중을 예측하고 실험값과 비교하였다.
최근 건설재료의 효율적 활용과 단면구조의 최적화로써 기존 강합성 거더의 구조성능과 시공성을 향상시키고자 새로운 형상의 강합성 거더 및 거더와 바닥판의 전단합성을 위한 RC 전단연결체가 고안된 바 있다. 본 연구에서는 RC 전단연결체의 구조거동 및 전단강도를 평가하였다. 이를 위해 전단철근비를 변수로 하여 Push-out 실험을 실시하였고, 다양한 설계변수에 대한 유한요소해석을 수행하여 그 결과를 분석하였다. 실험 및 유한요소해석 결과에 의하면 RC 전단연결체의 전단강도를 기존 규준식으로 산정할 경우 매우 안전측으로 평가된다. 본 연구에서는 RC 전단연결체의 전단강도를 적절히 산정하기 위해 회귀분석적 방법으로 전단강도 평가식을 제안하였다.
Presented are experimental results from 24 full-scale push test specimens to study the behaviour of composite beams with trapezoidal profiled sheeting laid transverse to the beam axis. The tests use a single-sided horizontal push test setup and are divided into two series. First series contained shear loading only and the second had normal load besides shear load. Four parameters are studied: the effect of wire mesh position and number of its layers, placing a reinforcing bar at the bottom flange of the deck, normal load and its position, and shear stud layout. The results indicate that positioning mesh on top of the deck flange or 30 mm from top of the concrete slab does not affect the stud's strength and ductility. Thus, existing industry practice of locating the mesh at a nominal cover from top of the concrete slab and Eurocode 4 requirement of placing mesh 30 mm below the stud's head are both acceptable. Double mesh layer resulted in 17% increase in stud strength for push tests with single stud per rib. Placing a T16 bar at the bottom of the deck rib did not affect shear stud behaviour. The normal load resulted in 40% and 23% increase in stud strength for single and double studs per rib. Use of studs only in the middle three ribs out of five increased the strength by 23% compared to the layout with studs in first four ribs. Eurocode 4 and Johnson and Yuan equations predicted well the stud strength for single stud/rib tests without normal load, with estimations within 10% of the characteristic experimental load. These equations highly under-estimated the stud capacity, by about 40-50%, for tests with normal load. AISC 360-16 generally over-estimated the stud capacity, except for single stud/rib push tests with normal load. Nellinger equations precisely predicted the stud resistance for push tests with normal load, with ratio of experimental over predicted load as 0.99 and coefficient of variation of about 8%. But, Nellinger method over-estimated the stud capacity by about 20% in push tests with single studs without normal load.
본 연구는 합성구조에 사용되는 스터드커넥터의 화재시 성능에 대한 연구이다. 스터드커넥터는 전단연결재로 가장 폭넓게 사용되고 있으며, 콘크리트와 강재를 일체화시켜 합성 성능을 확보한다. 스터드커넥터에 대한 상세 내화성능은 아직 명확한 자료가 없으며, 향후 성능설계에서 무피복 합성보 등에 대한 설계 자료로 요구 된다. 본 실험의 스터드커넥터 성능시험은 푸시 아웃 실험을 변형하여 특수 전기로와 결합 ISO 표준온도곡선을 기본으로 거동 성능실험을 수행하였으며, 화재 조건의 파괴 형상을 기반으로 성능 분석 방법을 제안하였다.
본 연구의 목적은 실험을 통하여 복합 데크슬라브 시스템에 사용되는 쉬어 커넥터의 전단 성능을 연구하는 것이다. 경량콘크리트와 선조립 철선트러스를 사용하여 복합 데크슬라브를 가진 6개의 실험체를 제작하여, Push-out test를 실시하였다. 실험체는 철선트러스와 아연강판의 설치유무로 구분하여 DP, NDP, Solid의 세 가지 그룹으로 분류하였다. 전단 성능 실험을 통하여 실험체의 파괴양상, 거동, 하중-변위 관계를 분석하고, 실험값과 기존의 기준식을 비교하였고, 다음과 같은 결론을 도출하였다. 첫째, DP 및 NDP 계열의 파괴는 스터드 파괴이며, Solid계열의 파괴는 콘크리트 파괴였다. 둘째, 전단내력을 확인한 결과 NDP계열이 가장 우수한 내력을 갖는 것으로 나타났다. 셋째, 각 실험체의 스터드는 유사한 전단거동을 하였고, 스터드와 콘크리트는 항복시점까지 일체 거동을 하였다. 넷째, 다른 두 개의 기준식과 비교했을 때 ACI318-05의 기준식이 가장 근접한 스터드 전단력을 예측할 수 있는 것으로 확인되었다.
The perfobond connector, composed of a steel plate with a number of holes, serves as a certain type of shear connector in steel and concrete composite structures. Depending on limits in hole distances and rib heights, various hole shapes including circular-hole and long-hole are alternatives for perfobond connectors. This study presented the results of tests performed on 72 push-out specimens with perfobond connectors. The purpose was to evaluate the shear strength of perfobond connectors with circular-hole and long-hole. The effects of various parameters were investigated, including the hole diameter, the hole length, the hole height, the concrete strength, the existence, diameter and strength of rebar in the hole, the thickness, height and distance of perfobond ribs, and the thickness of concrete slabs. On the basis of 132 push-out test results in references and in this study, an analytical model was proposed by regression analysis to predict the shear strength of perfobond connectors. The proposed equation agreed reasonably well with the experimental results of perfobond connectors with different hole shapes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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