The PCS system, which consists of precast concrete column and steel beam, is a kind of composite structural systems. In this paper, experimental study has been conducted to analyze seismic performance of bolted beam-to-column connections for the PCS system. Based on experimental results from the seismic testing of eight interior PCS specimens, it shows that behavior of PCS system is satisfactory to seismic performance criteria of ACI such as strength deterioration, stiffness degradation and energy dissipation capacity except initial stiffness. All of the specimens maintain their strength at large levels of story drift without significant loss of stiffness and show high ductility level for inelastic behavior. The energy dissipation capacity is two times greater than requirement of ACI criterion. But the initial stiffness of all specimens does not satisfy ACI criterion, and this phenomenon is similar to the other composite structural systems such as RCS, CFT system.
In field fabrication of steel members, the oversize hole is frequently required due to reaming and mismatching. But, there are no provisions and investigations about oversize hole in the Korean specifications. So, in this study, the tension test of friction type high-tention bolted joints is performed with parameters of bolt hole size, surface treatment and tightening force, and investigate the effect of slip behavior with those parameters. From the results, the enough tightening force is needed to obtain some degree slip load in shot blast treatment case, although tightening force is reduced somewhat, it is no problem to guarantee slip load in zincrich primer case. The slip behavior of joints with oversize hole(26mm) is similar to the slip behavior of joints with hole of nominal size.
Hedayati, P.;Azhari, M.;Shahidi, A.R.;Bradford, M.A.
Structural Engineering and Mechanics
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v.26
no.6
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pp.673-685
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2007
Reinforced concrete beams can be strengthened in a structural retrofit process by attaching steel plates to their sides by bolting. Whilst bolting produces a confident degree of shear connection under conditions of either static or seismic overload, the plates are susceptible to local buckling. The aim of this paper is to investigate the local buckling of unilaterally-restrained plates with point supports in a generic fashion, but with particular emphasis on the provision of the restraints by bolts, and on the geometric configuration of these bolts on the buckling loads. A numerical procedure, which is based on the Rayleigh-Ritz method in conjunction with the technique of Lagrange multipliers, is developed to study the unilateral local buckling of rectangular plates bolted to the concrete with various arrangements of the pattern of bolting. A sufficient number of separable polynomials are used to define the flexural buckling displacements, while the restraint condition is modelled as a tensionless foundation using a penalty function approach to this form of mathematical contact problem. The additional constraint provided by the bolts is also modelled using Lagrange multipliers, providing an efficacious method of numerical analysis. Local buckling coefficients are determined for a range of bolting configurations, and these are compared with those developed elsewhere with simplifying assumptions. The interaction of the actions in bolted plates during buckling is also considered.
This paper presents the optimum design methodology for composite wing structure which automatically calculates the safety margin using optimization framework integrating failure modes. Particularly, its framework is possible to optimize sizing procedure to prevent failure mode which has the greatest effect on reducing the sizing time of composite structure. The main failure mode was set as the first ply failure, buckling failure mode, and bolted joint stress field, and the margin was calculated to minimize the weight. The design variable is a laminate sequence database and the responses are strain, buckling, bolted joint stress field. The objective function is the mass of the wing structure. The results of buckling analysis were compared using the finite element model to verify the robustness and reliability of Composite Optimizer.
This paper presented an integral design procedure for demountable bolted composite frames with semi-rigid joints. Moment-rotation relationships of beam-to-column joints were predicted with analytical models aiming to provide accurate and reliable analytical solutions. Among this, initial stiffness of beam-to-column joints was derived on the basis of Timoshenko's plate theory, and moment capacity was derived in accordance with Eurocodes. The predictions were validated with relevant test results prior to further applications. Frame analysis was conducted by using Abaqus software with material and geometrical nonlinearity considered. Variable lateral loads incorporating wind actions and earthquake actions in accordance with Australian Standards were adopted to evaluate the flexural behaviour of the composite frames. Strength and serviceability limit state criteria were utilized to verify configurations of designed models. A wide range of frames with the varied number of storeys and bays were thereafter programmed to ascertain bending moment envelopes under various load combinations. The analytical results suggest that the proposed approach is capable of predicting the moment-rotation performance of the semi-rigid joints reasonably well. Outcomes of the frame analysis indicate that the load combination with dead loads and live loads only leads to maximum sagging and hogging moment magnitudes in beams. As for lateral loads, wind actions are more crucial to dominate the design of the demountable composite frames than earthquake actions. No hogging moment reversal is expected in the composite beams given that the frames are designed properly. The proposed analysis procedure is demonstrated to be a simple and efficient method, which can be applied into engineering practice.
Beams of steel frame-tube structures (SFTSs) typically have span-to-depth ratios of less than five. This makes a flexural beam unsuitable for such an application because the plastic hinges at the beam-ends cannot be adequately developed. This leads to lower ductility and energy dissipation capacities of SFTSs. To address this, SFTSs with bolted web-connected replaceable shear links (SFTS-BWSLs) are proposed. In this structural system, a web-connected replaceable shear link with a back-to-back double channel section is placed at the mid-length of the deep beam to act as a ductile fuse. This allows energy from earthquakes to be dissipated through link shear deformation. SFTS and SFTS-BWSL buildings were examined in this study. Several sub-structures were selected from each designed building and finite element models were established to study their respective hysteretic performance. The seismic behavior of each designed building was observed through static and dynamic analyses. The results indicate that the SFTS-BWSL and SFTS have similar initial lateral stiffness and shear leg properties. The SFTS-BWSL had lower strength, but higher ductility and energy dissipation capacities. Compared to the SFTS, the SFTS-BWSL had lower interstory drift, base shear force, and story shear force during earthquakes. This design approach could concentrate plasticity on the shear link while maintaining the residual interstory drift at less than 0.5%. The SFTS-BWSL is a reliable resistant system that can be repaired by replacing shear links damaged due to earthquakes.
Kim, Jin-Ho;Im, Sung-Woo;Chang, In-Hwa;Shiga, Atsumi
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.10
no.2
s.35
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pp.303-315
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1998
Four types of repair procedures are applied to the fatigue cracked crane runway gilders, which are stop-holes as crack arrester stop-holes reinforced with high strength bolts, welding repair and reinforcement with high strength bolted splices. The fatgiue cracks are reinitiated at the region where stop-holes and weld repairments are applied, while none of the cracks are observed in the cases of stop-holes reinforcement and reinforcement with high strength bolted splices. When using stop-holes and hole-reinforcement all repaired regions show a same fatigue strength to the one before the repairments. The experiments also reveal that the proper weldment is an essential factor when applying the welding repairement as a properly welding produces the same level of fatigue strength after the repairement. When the situation permits to use reinforcement with high strength boilted splices, the experiments shows the repairment is the best possible method among the procedures available.
Kim, Hong-Taek;Bang, Yoon-Kyung;Park, Si-Sam;Kim, Hyun-Jo
Journal of the Korean GEO-environmental Society
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v.4
no.1
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pp.67-75
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2003
In this study, the steel strip reinforcement bolted with braced angles expected to mobilize skin friction resistance as well as bearing resistance is proposed. Laboratory pullout tests are conducted to investigate the characteristics of pullout behavior. From the test results, friction effects between soil and reinforcement are evaluated with the width of reinforcement, magnitude of surcharge, and existence of bearing resistance member. Further to analyze interference effects for bearing resistance member, pullout tests are also carried by varing the number, the location, and the spacing of braced angles. Based on the test results, pullout resistance factor is evaluated under the consideration of location of braced angles and the degree of interference for spacing ratio.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.16
no.1
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pp.9-17
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2012
This study is dealt with the experimental seam strength of deep corrugated steel plate which is used as underpasses, storm sewers and other buried applications. The soil-metal structure using deep corrugated plate should be sufficient to ensure safety for compressive loading. The experimental and theoretical results on the seam strength are accumulated enough to take the design guideline, even if the seam strength at the bolt connected lap joint in construction site can be varied depending on the connection detailing and the thickness of plate. In this study, compressive behavior of bolted lap jointed plates using various connection detail such as gasket, slot hole, washer was experimentally analyzed. From the test, failure pattern with an increases in the thickness of specimens was changed from plate bearing to bolt shearing. In case of thicker plates than 6.0mm, the structural performance of lap joint using gasket and slot hole is more effective than it of the plate adopted washer.
Safety measures for tower cranes are extremely important among the seismic countermeasures at high-rise building construction sites. In particular, the collapse of a tower crane from a high position is a very serious catastrophe. An example of such an accident due to an earthquake is the case of the Taipei 101 Building (the author was the project director), which occurred on March 31, 2002. Failure of the bolted joints of the tower-crane mast was the direct cause of the collapse. Therefore, it is necessary to design for this eventuality and to take the necessary measures on construction sites. This can only be done by understanding the precise dynamic behavior of mast joints during an earthquake. Consequently, we created a new hybrid-element model (using beam, shell, and solid elements) that not only expressed the detailed behavior of the site joints of a tower-crane mast during an earthquake but also suppressed any increase in the total calculation time and revealed its behavior through computer simulations. Using the proposed structural model and simulation method, effective information for designing safe joints during earthquakes can be provided by considering workability (control of the bolt pretension axial force and other factors) and less construction cost. Notably, this analysis showed that the joint behavior of the initial pretension axial force of a bolt is considerably reduced after the axial force of the bolt exceeds the yield strength. A maximum decrease of 50% in the initial pretension axial force under the El Centro N-S Wave ($v_{max}=100cm/s$) was observed. Furthermore, this method can be applied to analyze the seismic responses of general temporary structures in construction sites.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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