The double split tee connection, a type of beam-to-column moment connection, exhibits different behavioral characteristics according to changes in the thickness of the T-stub flange, the gauge distance of the high-strength bolt, and the number and diameter of high-strength bolts. In general, the double split tee connection is idealized and designed so that a T-stub fastened to the top and bottom supports a flexural moment, and a shear tab supports a shear force. However, if the double split tee connection is applied to low-and medium-rise steel structures, the size of the beam member becomes small, and thus the shear tab cannot be bolted to the web of a beam. In this regard, this study was conducted to propose connection details to ensure that the double split tee connection with a geometric shape can display sufficient shear resisting capacity. To this end, experiments were conducted using full-scale specimens for the double split tee connection.
The current trends in steel construction involve the use of tapered sections to minimize the use of excess materials to the extent possible, by choosing cross-sections that are as economical as possible abandoning the classical approach of using prismatic members. In addition, snug-tightened connections, especially the end-plate type, have the advantage of fetching less construction costs and shorter assembly times as opposed to fully tightened joints. Although they have many merits, however, snug-tightened bolted end plates are extremely complex in their structural behavior. In this study, an experimental investigation of the snug-tightened flush end-plate connections of tapered beams were conducted. The primary test parameters were the torque for the clamping bolt, the loading pattern, the bolt type and the connection failure type. Using initial stiffness and load-carrying capacity as proposed by Silva et al. and AISC (2003), the moment-rotation curve of a linearly tapered member with a snug-tightened flush end-plate connection was predicted. Moreover, numerical and experimental data for moment-rotation curves were compared.
The initial clamping forces of high strength bolts subjected to different faying surface conditions drop within 500 hours regardless of loading, any other external force or loosening of the nut. This study develops a mathematical model for relaxation confined to creep on a coated faying surface after initial clamping. The quantitative model for estimating relaxation was derived from a regression analysis for the relation between the creep strain of the coated surface and the elapsed time for 744 hours. This study establishes an expected model for estimating the relaxation of bolted joints with diverse coated surfaces. The candidate bolts are dacro-coated tension control bolts, ASTM A490 bolt, and plain tension control bolts. The test parameters were coating thickness, species of coating. As for 96, 128, 168, and $226{\mu}m$ thick inorganic zinc, when the coating thickness was increased, relaxation after the initial clamping rose to a much higher range from 10% to 18% due to creep of the coating. The amount of relaxation up to 7 days exceeded 85% of the entire relaxation. From this result, the equation for creep strain can be derived from a statistical regression analysis. Based on the acquired creep behavior, it is expected that the clamping force reflecting relaxation after the elapse of constant time can be calculated from the initial clamping force. The manufacturer's recommendation of inorganic zinc on faying surface as $75{\mu}m$, appears to be reasonable.
Kolsek, Jerneja;Hozjan, Tomaz;Kroflic, Ales;Saje, Miran;Planinc, Igor
Steel and Composite Structures
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v.16
no.6
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pp.559-576
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2014
A new mathematical model and its finite element formulation for the non-linear stress-strain analysis of a planar beam strengthened with plates bolted or adhesively bonded to its lateral sides is presented. The connection between the layers is considered to be flexible in both the longitudinal and the transversal direction. The following assumptions are also adopted in the model: for each layer (i.e., the beam and the side plates) the geometrically linear and materially non-linear Bernoulli's beam theory is assumed, all of the layers are made of different homogeneous non-linear materials, the debonding of the beam from the side-plates due to, for example, a local buckling of the side plate, is prevented. The suitability of the theory is verified by the comparison of the present numerical results with experimental and numerical results from literature. The mechanical response arising from the theoretical model and its numerical formulation has been found realistic and the numerical model has been proven to be reliable and computationally effective. Finally, the present formulation is employed in the analysis of the effects of two different realizations of strengthening of a characteristic simply supported flexural beam (plates on the sides of the beam versus the tension-face plates). The analysis reveals that side plates efficiently enhance the bearing capacity of the flexural beam and can, in some cases, outperform the tensile-face plates in a lower loss of ductility, especially, if the connection between the beam and the side plates is sufficiently stiff.
Kim, Yong Hwan;Roh, Won Kyoung;Lee, Seong Hui;Kim, Jin Ho;Choi, Sung Mo
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.20
no.6
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pp.683-690
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2008
When steel fabricators erect structural members in field, temporary tightening of fastener should be useful. However, if bolt holes are not aligned by production error or natural condition, additional effort andpain should be provided to align bolt holes. It lead to longer period than times of construction (a primarily day of construction) and more cost than originally cost. This problem will be overcomed by oversize or slotted holes. Early, AISC and Eurocode have included provision for design process such oversize or slotted holes. But, domestic design method is not refered about oversize and slotted holes. Meanwhile, domestic design method and construction environment are variance with Europe and the United States of America. Therefore, a suitable design method for oversize and slotted holes in domestic real condition is needed. In this study, we evaluated behavior of the joints and decided the friction coefficient on oversize and slotted holes of friction joints with high strength bolts.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.16
no.4
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pp.2356-2363
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2015
This study deals the optimization design with the simulation based design of a coil spring inserted into the lock nut for preventing the screw thread from loosening at the bolted joint when the high-strength steel bolt with the property class of 10.9 is used and the screw torque of 640 to 800 (Nm) is applied. In this study, structural analysis of assembly composed of bolt, nut and coil spring is carried out to evaluate its safety factors on the basis of the equivalent stress with commercial finite element analysis software. And the design strategy to extract the design improvement from these simulation results is established. An iterative process performed with the proposed design strategy is also proposed for improving the performance of the existing design. At the proposed procedure, the feasible design parameters using response surface method are found, and then these parameters are verified to be optimal or not by comparing with the response values and the simulation results obtained from the feasible parameters.
The structural connection design for lightweight structure application is presented in this paper. Modeling of the welding zone and the bolted connection are suggested. For reliability verification of the established models, nonlinear analysis is performed and comparisons are made with the experimental data showing good agreement. Through comparison study, suitable welding method for structure materials is investigated. Also, stability analysis is performed by fracture load simulation for different number and position of bolts. Finally, based on the structural connection models, the lightweight structure is modeled and structural analysis was performed. Stability analysis of structural connection for lightweight structure design, through combination of welding and bolting process, showed a 31.4% decrease in the maximum stress compared to the structure without the structural connections. Importance of structural connection design is highlighted for lightweight structure stability analysis.
The successful application of the component-based approach - widely used to model structural joints - requires knowledge of the mechanical properties of the constitutive joint components, including an appropriate assembly procedure to derive the joint properties. This paper presents a component-method model for a structural joint component that is located in the tension zone of blind-bolted connections to concrete-filled tubular steel profiles. The model relates to the response of blind-bolts with headed anchors under monotonic loading, and the blind-bolt is termed the "Extended Hollo-bolt". Experimental data is used to develop the model, with the data being collected in a manner such that constitutive models were characterised for the principal elements which contribute to the global deformability of the connector. The model, based on a system of spring elements, incorporates pre-load and deformation from various parts of the blind-bolt: (i) the internal bolt elongation; (ii) the connector's expanding sleeves element; and (iii) the connector's mechanical anchorage element. The characteristics of these elements are determined on the basis of piecewise functions, accounting for basic geometrical and mechanical properties such as the strength of the concrete applied to the tube, the connection clamping length, and the size and class of the blind-bolt's internal bolt. An assembly process is then detailed to establish the model for the elastic and inelastic behaviour of the component. Comparisons of model predictions with experimental data show that the proposed model can predict with sufficient accuracy the response of the component. The model furthers the development of a full and detailed design method for an original connection technology.
The design criteria and the corresponding performance levels characterize the response of extended stiffened end-plate beam-to-column joints. In order to guarantee a ductile behavior, hierarchy criteria should be adopted to enforce the plastic deformations in the ductile components of the joint. However, the effectiveness of thesecriteria can be impaired if the actual resistance of the end-plate material largely differs from the design value due to the potential activation of brittle failure modes of the bolt rows (e.g., occurrence of failure mode 3 in the place of mode 1 per bolt row). Also the number and the position of bolt rows directly affect the joint response. The presence of a bolt row in the center of the connection does not improve the strength of the joint under both gravity, wind and seismic loading, but it can modify the damage pattern of ductile connections, reducing the gap opening between the end-plate and the column face. On the other hand, the presence of a central bolt row can influence the capacity of the joint to resist the catenary actions developing under a column loss scenario, thus improving the joint robustness. Aiming at investigating the influence of these features on both the cyclic behavior and the response under column loss, a wide range of finite element analyses (FEAs) were performed and the main results are described and discussed in this paper.
Prabha, P.;Marimuthu, V.;Jayachandran, S. Arul;Seetharaman, S.;Raman, N.
Steel and Composite Structures
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v.8
no.5
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pp.403-421
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2008
The design provisions for semi-rigid steel frames have been incorporated in codes of practice for steel structures. In order to do the same, it is necessary to know the experimental moment-relative rotation (M-${\theta}_r$) behaviour of beam-to-column connections. In spite of numerous publications and collection of several connection databases, there is no unified approach for the semi-rigid design of steel frames. Amongst the many connection models available, the Frye-Morris polynomial model, with its limitations reported in the literature, is simple to adopt at least for the linear design space. However this model requires more number of connection tests and regression analyses to make it a realistic prediction model. In this paper, 3D nonlinear finite element (FE) analysis of beam-column connection specimens, carried out using ABAQUS software, for evaluating the M-${\theta}_r$ behaviour of semi-rigid top and seat-angle (TSA) bolted connections are described. The finite element model is validated against experimental behaviour of the same connection with regard to their moment-rotation behaviour, stress distribution and mode of failure of the connections. The calibrated FE model is used to evaluate the performance of the Frye-Morris polynomial model. The results of the numerical parametric studies carried out using the validated FE model have been used in proposing modifications to the Frye-Morris model for TSA connection in terms of the powers of the size parameters.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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