This study is aiming at investigating the ultimate behaviors and curling influence on the ultimate strength in high strength aluminum alloys (7075-T6) single shear two-bolted connections using finite element analysis. The validation of finite element analysis for predicting the ultimate behaviors was verified through the comparison between previous test results and analysis predictions. Strength reduction due to curling occurrence was estimated quantitatively. Parametric analyses with extended variables were conducted and the conditions of curling occurrence according to end distance and edge distance were suggested. Finally, modified equation was suggested considering curling influence on the ultimate strength of aluminum alloys 7075-T6 bolted connections.
Present bonding methods which connect steel pipe and spread footing in pile foundation have been generally used. These methods however showed lots of difficulties in the quality control. A new bonding method, which is called 'Bolted Bonding Method(BBM)' , is developed. This method uses factory-made parts so that it may increase the degree of quality, and workability, and is being adopted in the Held concerned. The method is verified by the structural analysis and laboratory test and then a new design formula is proposed. In addition, a comparison test of the present methods and BBM are conducted to observe the applicability and economy of the latter. As results, it is observed that BBM shows 5 to 10 times faster in Held work and 9% to 50% cheaper in construction cost than the existing methods.
Milicevic, Ivan;Milosavljevic, Branko;Pavlovic, Marko;Spremic, Milan
Steel and Composite Structures
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v.36
no.3
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pp.321-337
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2020
Contemporary design and construction of steel-concrete composite structures employs the use of prefabricated concrete elements and demountable shear connectors in order to reduce the construction time and costs and enable dismantling of elements for their potential reuse at the end of life of buildings. Bolted shear connector with mechanical coupler is presented in this paper. The connector is assembled from mechanical coupler and rebar anchor, embedded in concrete, and steel bolt, used for connecting steel to concrete members. The behaviour and ultimate resistance of bolted connector with mechanical coupler in wide and narrow members were analysed based on push-out tests and FE analyses conducted in Abaqus software, with focus on concrete edge breakout and bolt shear failure modes. The effect of concrete strength, concrete edge distance and diameter and strength of bolts on failure modes and shear resistance was analysed. It was demonstrated that premature failure by breakout of concrete edge occurs when connectors are located 100 mm or closer from the edge in low-strength and normal-strength reinforced concrete. Furthermore, the paper presents a relatively simple model for hand calculation of concrete edge breakout resistance when bolted connectors with mechanical coupler are used. The model is based on the modification of prediction model used for cast-in and post-installed anchors loaded parallel to the edge, by implementing equivalent influence length of connector with variable diameter. Good agreement with test and FE results was obtained, thus confirming the validity of the proposed method.
Kim, Dae Kyung;Lee, Cheol Ho;Jin, Seung Pyo;Yoon, Seong Hwahn
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.29
no.5
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pp.341-352
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2017
Well designed group bolted connections can exhibit excellent ductile behavior through the bearing mechanism until the occurrence of shear rupture in the bolt or in the connecting plate. This excellent ductility can be utilized in favor of economical connection design. In this study, comprehensive tests on single-bolt bearing connections were conducted and analyzed considering bearing boundary conditions. The primary objective was to propose a generalized bearing strength and load-deformation relationship that can be used for designing group-bolted connections. To this end, new bearing strength formula, deformation limits as well as new load-deformation relationship were first proposed. Especially the proposed load-deformation relationship can reflect the stiffness, strength, and geometrical boundary conditions of the joint. The proposed formula and relationship are validated based on test results.
In this paper, we present the result of an experimental investigation pertaining to the structural behavior of bolted lap-joint connection of pultruded fiber reinforced plastic structural shapes. In the experimental investigation, in order to find the mechanical property of the material, tension and shear tests on the pultruded structural composite specimen are conducted prior to the investigation on the structural behavior of bolted lap-joint connection of the member. Based on the result, number of bolts, type of placement and location of bolt are determined to be a test variable. Three different types of experimental specimens are prepared. Tensile load is applied through the center of the specimen with lap-joint connection and the structural behavior and failure mode of the test specimens with respect to the tensile load increment are investigated. As a result, it is found that most of the failure mode at the lap-joint connection is shear failure mode. Consequently, it is also found that the data obtained through this experimental program could be used for the structure connection design as a basis.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.21
no.5
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pp.515-524
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2008
The ultimate behavior of high-tension bolted joints with various plate thickness and bolt size is investigated using nonlinear F.E. analysis and experimental study. The relation with sliding load, bolt deformation, and failure modes are presented based on plate thickness and bolt size. Three kinds of the bolt diameter(M20, M22, M24) and five types of the steel plates (l2mm, 16mm, 20mm, 30mm, 40mm) are considered for the ultimate behavior of the bolted joints. The numerical model, constructed by commercial F.E. program, ABAQUS, of ultimate behavior of bolted joints is introduced and verified by experimental results. The force-displacement and force-axial strain relations are measured and compared with the results by 3D finite element analysis.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.8
no.3
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pp.87-96
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2004
Recent test results on reduced beam section (RBS) steel moment connections showed that specimens with a bolted web tended to perform poorly due to premature brittle fracture of the beam flange at the weld access hole. The measured strain data appeared to imply that a higher incidence of base metal fracture in bolted-web specimens is related to, at least in part, the increased demand on the beam flanges due to the web bolt slippage and the actual load transfer mechanism which is completely different from that usually assumed in connection design. In this paper, the practice of providing web bolts uniformly along the beam depth was brought into question. A new seismic design procedure, which is more consistent with the actual load path identified from the analytical and experimental studies, was proposed together with improved connection details.
This paper presents a finite element model for predicting the monotonic behaviour of bolted endplate joints connecting steel-concrete composite walls and steel beams. The demountable Hollo-bolts are utilised to facilitate the quick installation and dismantling for replacement and reuse. In the developed model, material and geometric nonlinearities were included. The accuracy of the developed model was assessed by comparing the numerical results with previous experimental tests on hollow/composite column-to-steel beam joints that incorporated endplates and Hollo-bolts. In particular, the Hollo-bolts were modelled with the expanded sleeves involved, and different material properties of the Hollo-bolt shank and sleeves were considered based on the information provided by the manufacture. The developed models, therefore, can be applied in the present study to simulate the wall-to-beam joints with similar structural components and characteristics. Based on the validated model, the authors herein compared the behaviour of wall-to-beam joints of two commonly utilised composite walling systems (Case 1: flat steel plates with headed studs; Case 2: lipped channel section with partition plates). Considering the ease of manufacturing, onsite erection and the pertinent costs, composite walling system with flat steel plates and conventional headed studs (Case 1) was the focus of present study. Specifically, additional headed studs were pre-welded inside the front wall plates to enhance the joint performance. On this basis, a series of parametric studies were conducted to assess the influences of five design parameters on the behaviour of bolted endplate wall-to-beam joints. The initial stiffness, plastic moment capacity, as well as the rotational capacity of the composite wall-to-beam joints based on the numerical analysis were further compared with the current design provision.
Youhao Ni;Jianxiao Mao;Hao Wang;Yuguang Fu;Zhuo Xi
Smart Structures and Systems
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v.32
no.1
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pp.23-35
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2023
Steel bolted joint is an important part of steel structure, and its damage directly affects the bearing capacity and durability of steel structure. Currently, the existing research mainly focuses on the identification of corroded bolts and corroded bolts respectively, and there are few studies on multiple states. A detection framework of corroded and loosened bolts is proposed in this study, and the innovations can be summarized as follows: (i) Vision Transformer (ViT) is introduced to replace the third and fourth C3 module of you-only-look-once version 5s (YOLOv5s) algorithm, which increases the attention weights of feature channels and the feature extraction capability. (ii) Three states of the steel bolts are considered, including corroded bolt, bolt missing and clean bolt. (iii) Line segment detector (LSD) is introduced for bolt rotation angle calculation, which realizes bolt looseness detection. The improved YOLOv5s model was validated on the dataset, and the mean average precision (mAP) was increased from 0.902 to 0.952. In terms of a lab-scale joint, the performance of the LSD algorithm and the Hough transform was compared from different perspective angles. The error value of bolt loosening angle of the LSD algorithm is controlled within 1.09%, less than 8.91% of the Hough transform. Furthermore, the proposed framework was applied to fullscale joints of a steel bridge in China. Synthetic images of loosened bolts were successfully identified and the multiple states were well detected. Therefore, the proposed framework can be alternative of monitoring steel bolted joints for management department.
Xue-Mei Lin;Michael C.H. Yam;Ke Ke;Binhui,Jiang;Qun He
Steel and Composite Structures
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v.46
no.3
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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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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