A novel all-steel miniature bar-type structural fuse (MBSF) with cold formed bolted connections is developed in this study, which consists of a central energy dissipation core cut from a smooth round bar, an external confining tube and nuts. Three types of cross sections for the central energy dissipation core, i.e., triple-cut, double-cut and single-cut cross sections, were studied. Totally 18 specimens were axially tested under either symmetric or asymmetric cyclic loading histories, where the parameters such as cut cross sectional area ratio, length of the yielding portion and cross sectional type were investigated. Numerical simulation of 2 representative specimens were also conducted. An analytical model to evaluate the bending failure at the elastic portion was proposed, and a design method to avoid this failure mode was also presented. The experimental results show that the proposed MBSFs exhibit satisfactory hysteretic performance under both the two cyclic loading histories. Average strain values of 8% and 4% are found to be respectively suitable for designing the new MBSFs as the ultimate strain under the symmetric and asymmetric cyclic loadings.
This paper numerically assesses the initial stiffness and moment capacity of stainless steel composite bolted joints with concrete-filled circular tubular (CFCT) columns. By comparing with existing design codes including EN 1993-1-8 and AS/NZS 2327, a modified component method was proposed to better predict the flexural performance of joints involving circular columns and curved endplates. The modification was verified with independent experimental results. A wide range of finite element models were then developed to investigate the elastic deformations of column face in bending which contribute to the corresponding stiffness coefficient. A new design formula defining the stiffness coefficient of circular column face in bending was proposed through regression analysis. Results suggest that a factor for the stiffness coefficient of endplate in bending should be reduced to 0.68, and more contribution of prying forces needs to be considered. The modified component method and proposed formula are able to estimate the structural behaviour with reasonable accuracy. They are expected to be incorporated into the current design provisions as supplementary for beam-to-CFCT column joints.
The new structure consisting of continuous compound spiral hoop reinforced concrete (CCSHRC)column and steel concrete composite (SCC) beam has both the advantages of steel structures and concrete structures. Two types of beam-to-column connections applied in this structural system are presented in this paper. The connection details are as follows: the main bars in beam concrete pass through the core zone for both types of connections. For connecting bar connection, the steel I-beam webs are connected by bolts to a steel plate passing through the joint while the top and bottom flanges of the beams are connected by four straight and two X-shaped bars. For bolted end-plate connection, the steel I-beam webs are connected by stiffened extended end-plates and eight long shank bolts passing through the core zone. In order to study the seismic behaviour and failure mechanisms of the connections, quasi-static tests were conducted on both types of full-scale connection subassemblies and core zone specimens. The load-drift hysteresis loops show a plateau for the connecting bar connection while they are excellent plump for bolted end-plate connection. The shear capacity formulas of both types of connections are presented and the values calculated by the formula agree well with the test results.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2003.05c
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pp.223-227
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2003
In this study, ultrasonic rotary motors using a bolted langevin type ultrasonic vibrator were designed and fabricated. The stator vibrator has a longitudinal transducer section composed of two metal blocks and two piezoelectric ceramic elements (thickness-polarized) and a mode conversion metal block section called a torsion coupler. And, three kinds of motors were studied by finite element analysis and experiments. So, as material of torsion coupler which generate mode conversion of vibration copper, brass, and phosphor bronze were used. As a result, speed and torque were changed in proportion to the electrical input Voltage, but it was saturated in high voltage. And bad efficiency which was different from a expectation was measured in this motors. So, various problems should be improved for practical use. Finally, The motor which has 1 [cm] diameter was fabricated to present a possibility of miniaturization of this type motors.
This paper presents a novel analytical formulation for the analysis of composite beams with partial shear interaction stiffened by a bolted longitudinal plate accounting for time effects, such as creep and shrinkage. The model is derived by means of the principle of virtual work using a displacement-based formulation. The particularity of this approach is that the partial interaction behaviour is assumed to exist between the top slab and the joist as well as between the joist and the bolted longitudinal stiffening plate, therefore leading to a three-layered structural representation. For this purpose, a novel finite element is derived and presented. Its accuracy is validated based on short-and long-term analyses for the particular cases of full shear interaction and partial shear interaction of two layers for which solutions in closed form are available in the literature. A parametric study is carried out considering different stiffening arrangements to investigate the influence on the short-and long-term behaviour of the composite beam of the shear connection stiffness between the concrete slab and the steel joist, the stiffness of the plate-to-beam connection, the properties of the longitudinal plate and the concrete properties. The values of the deflection obtained from the finite element simulations are compared against those calculated using the effective flexural rigidity in accordance with EC5 guidelines for the behaviour of elastic multi-layered beams with flexible connection and it is shown how the latter well predicts the structural response. The proposed numerical examples highlight the ease of use of the proposed approach in determining the effectiveness of different retrofitting solutions at service conditions.
Composite Lightweight (CL) insulated walls have gained wide adoption recently because the exterior claddings of steel building frames have their cost effectiveness, good thermal and structural efficiency. To investigate the seismic behavior, lateral stiffness, ductility and energy dissipation of steel frames with the CL infill walls, five one-story one-bay steel frames were fabricated and tested under cyclic loads. Test results showed that the bolted connections allow relative movement between CL infill walls and steel frames, enabling the system to exhibit satisfactory performance under lateral loads. Additionally, it is found that the addition of diagonal steel straps to the CL infill wall significantly increases the initial lateral stiffness, load-carrying capacity, ductility and energy dissipation capacity of the system. Furthermore, the test results indicate that the lateral stiffness values of the frames with the CL infill wall are similar to those of the bare steel frames in large lateral displacement.
Serror, Mohammed H.;Soliman, Essam G.;Hassan, Ahmed F.
Steel and Composite Structures
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v.23
no.4
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pp.385-397
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2017
Currently, CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer) plate bonding is used quite extensively as a strengthening method. In this technique, a composite CFRP plate or sheet of relatively small thickness is bonded with an adhesion material to steel or concrete structure in order to improve its structural behavior and strength. The sheets or plates do not require much space and give a composite action between the adherents. In this study, the rotation capacity of CFRP-strengthened cold-formed steel (CFS) beams has been evaluated through numerical investigation. Studies on different structural levels have been performed. At the beam level, C-section has been adopted with different values of profile thickness, web height, and flange width. At the connection level, a web bolted moment resistant type of connection using through plate has been adopted. In web-bolted connections without CFRP strengthening, premature web buckling results in early loss of strength. Hence, CFRP sheets and plates with different mechanical properties and geometric configurations have been examined to delay web and flange buckling and to produce relatively high moment strength and rotation capacity. The numerical results reveal that CFRP strengthening may increase strength, initial stiffness, and rotation capacity when compared with the case without strengthening.
The component-based method is widely used to analyze the initial stiffness of joint in steel structures. In this study, an analytical component model for determining the column face stiffness of square or rectangular hollow section (SHS/RHS) subjected to tension was established, focusing on endplate connections. Equations for calculating the stiffness of the SHS/RHS column face in bending were derived through regression analysis using numerical results obtained from a finite element model database. Because the presence of bolt holes decreased the bending stiffness of the column face, this effect was calculated using a novel plate-spring-based model through numerical analysis. The developed component model was first applied to predict the bending stiffness of the SHS column face determined through tests. Furthermore, this model was incorporated into the component-based method with other effective components, e.g., bolts under tension, to determine the tensile stiffness of the T-stub connections, which connects the SHS column, and the initial rotational stiffness of the joints. A comparison between the model predictions, test data, and numerical results confirms that the proposed model shows satisfactory accuracy in evaluating the bending stiffness of SHS column faces.
As a type of semi-rigid connection, the top and seat angle connections are popular in current structures owing to their good cyclic performance and simple erection. However, their stiffness and load bearing capacity are relatively insufficient. This study proposes two strengthening methods to further increase the stiffness and strength of bolted-angle joints while maintaining satisfactory energy dissipation capacity (EDC) and ductility. Cyclic loading tests were conducted on six joint specimens with different strengthened angle components. Based on the test results, the influence of the following important factors on the cyclic behavior of steel joint specimens was investigated: the position of the rib stiffeners (edge rib stiffeners and middle rib stiffener), steel strength grade of rib stiffeners (Q345 and Q690), and additional stiffeners or not. In addition, the finite element models of these specimens were built and validated through a comparison of experimental and numerical results. The stiffness and bearing capacity of the bolted-angle joints could be improved significantly by utilizing the novel strengthened joints proposed in this study. Moreover, this can be achieved with almost no increase in the amount of steel required, and the EDC of this joint could also satisfy the requirements of seismic codes from various countries.
A. Fuente-Garcia;M.A. Serrano-Lopez;C. Lopez-Colina;F., Lopez-Gayarre
Steel and Composite Structures
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v.48
no.3
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pp.251-262
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2023
There are many examples of steel structures subjected to severe environmental conditions with bolted connections directly exposed to extreme climatic agents such as freeze-thaw cycles or low temperatures. Some examples are: steel bridges, mining transfer towers, wind towers... These service conditions neither are included in Eurocode 3 or EN1090-2, nor there are references in other international standards. In this experimental research, 46 specimens of non-slip joints with HV M20 bolts and four different types of contact surfaces have been studied. Half of the specimens were subjected to fourteen twelve-hours freeze-thaw cycles, with periodic immersion in water and temperature oscillation. Subsequently, half of the connections were subjected to a slip test under monotonic load at temperature of -20 ± 0.5 ℃ and the other half at room temperature. The results were compared with others equal joints not subjected to freeze-thaw cycles and kept at room temperature for the same time. This finally resulted in 4 sets of joints by combining the freeze-thaw degradation or not with the low-temperature conditions or not in the slip testing. Therefore, a total of 16 different conditions were studied by also considering 4 different contact surfaces between the joined plates in each set. The results obtained show influence of environmental conditions on the slip resistant capacity of these joints.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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