Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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1998.10a
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pp.57-64
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1998
This paper presents the cyclic seismic performance of slip-critically designed, high-strength bolted-beam splice in steel moment frame. Before the moment connection reaching its plastic strength, unexpected premature slippage occurred at the slip-critically designed beam splice during the test. The experimentally observed frictional coefficients were as low as about 50% to 60% of nominal (code) value. Nevertheless, the bearing type behavior mobilized after the slippage transferred the increasing cyclic loads successfully, i.e., the consequence of slippage into bearing was not catastrophic to the connection behavior. The test result seems to indicate that the traditional beam splice design basing upon (bolt-hole deducted) effective flange area criterion may not be sufficient in developing the plastic strength of moment connections under severe earthquake loading. New procedure for achieving slip-critical beam splice design is proposed based on capacity design concept.
Connections with damage concentrated to pre-selected components can enhance seismic resilience for moment resisting frames. These pre-selected components always yield early to dissipate energy, and their energy dissipation mechanisms vary from one to another, depending on their position in the connection, geometry configuration details, and mechanical characteristics. This paper presents behaviour insights on two types of beam-to-beam connections that the angles were designed as energy dissipation components, through the results of experimental study and finite element analysis. Firstly, an experimental programme was reviewed, and key responses concerning the working mechanism of the connections were presented, including strain distribution at the critical section, section force responses of essential components, and initial stiffness of test specimens. Subsequently, finite element models of three specimens were established to further interpret their behaviour and response that were not observable in the tests. The moment and shear force transfer paths of the composite connections were clarified through the test results and finite element analysis. It was observed that the bending moment is mainly resisted by axial forces from the components, and the dominant axial force is from the bottom angles; the shear force at the critical section is primarily taken by the slab and the components near the top flange. Lastly, based on the insights on the load transfer path of the composite connections, preliminary design recommendations are proposed. In particular, a resistance requirement, quantified by a moment capacity ratio, was placed on the connections. Design models and equations were also developed for predicting the yield moment resistance and the shear resistance of the connections. A flexible beam model was proposed to quantify the shear resistance of essential components.
The use of Hollow Structural Sections (HSS) provides an alternative for steel buildings in seismic zones, with the advantage over WF columns that the HSS columns have similar resistance along both axes and enhanced performance under flexure, compression and torsion with respect to other columns sections. The HSS columns have shown satisfactory performance under seismic loads, such as observed in buildings with steel moment frames in the Honshu earthquake (2011). The purpose of this research is to propose a new moment connection, EP-HSS ("End-plate to Hollow Structural Section"), using a wide flange beam and HSS column where the end plate falls outside the range of prequalification established in the ANSI/AISC 358-10 Specification, as an alternative to the traditional configuration of steel moment frames established in current codes. The connection was researched through analytical, numerical (FEM), and experimental studies. The results showed that the EP-HSS allowed the development of inelastic action on the beam only, avoiding stress concentrations in the column and developing significant energy dissipation. The experiments followed the qualification protocols established in the ANSI/AISC 341-10 Specification satisfying the required performance for highly ductile connections in seismic zones, thereby ensuring satisfactory performance under seismic actions without brittle failure mechanisms.
In the bolted connections, bolt placements are generally described and are generally made in the direction of design effects and in the perpendicular direction to design effects. In these both directions, the reliability of the distance of bolts to the edges of connection plate and the distance of bolts to each other is investigated for high strength steel connections built up with high strength bolts in this study. For this purpose, simple SL (bearing type shear connection) and SLP (bearing type shear connection for body-fit bolts) type steel connections with St 52 grade steel plates with 8 different thicknesses and with 8.8D grade high strength bolts (HV) were constituted and analyzed under H (Dead Loads+Live Loads+Snow Loads+Roof Loads) and HZ (H Loads+Wind Loads+Earthquake Loads) loadings. Geometric properties, material properties and design actions were taken as random variables. Monte Carlo Simulation method was used to compute failure risk and the first order second moment method was used to determine the reliability indexes of those different distances describing the placement of bolts. Results obtained from computations have been presented in graphics and in a Table. Then, they were compared with some values proposed by some structural codes. Finally, new equations were constituted for minimum and maximum values of distances describing bolt placement by regression analyses performed on those results.
The design of structural frameworks for buildings is constantly evolving and is dependent on regional issues such as loading and constructability. One of the most promising recent developments for low to medium rise construction in terms of efficiency of construction, robustness and aesthetic appearance utilises concrete-filled steel tubular sections as the columns in a moment-resisting frame. These are coupled to rigid or semi-rigid connections to composite steel-concrete beams. This paper includes the results of a pilot experimental programme leading towards the development of economical, reliable connections that are easily constructed for this type of frame. The connections must provide the requisite strength, stiffness and ductility to suit gravity loading conditions as well as gravity combined with the governing lateral wind or earthquake loading. The aim is to develop connections that are stiffer, less expensive and easier to construct than those in current use. A proposed fabricated T-stub connection is to be used to connect the beam flanges and the column. These T-stubs are connected to the column using "blind bolts" with extensions, allowing installation from the outside of the tube. In general, the use of the extensions results in a dramatic increase in the strength and stiffness of the T-stub to column connection in tension, since the load is shared between membrane action in the tube wall and the anchorage of the bolts through the extensions into the concrete.
Kim, So Yeong;Byeon, Sang Min;Lee, Ho;Shin, Kyung Jae
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.27
no.3
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pp.311-321
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2015
In this study, an experimental study to evaluate the seismic performance of beam-to-column connection for medium and low-rise building was conducted. Five connections using SHN490 steel were made with test variables such as flange welded or bolted, web welded or bolted. Specimen SHN-W-W is web welded and flange welded type. Specimen SHN-W-B is web welded and flange bolted type. Specimen SHN-B-W is web bolted and flange welded type. Specimen SHN-B-B is web bolted and flange bolted type. Specimen SHN-EP is a connection with the end plate to the beam ends. Cyclic loadings was applied at the tip of beam following KBC2009 load protocol. The load vs rotation curves for different connection are shown and final failure mode shapes are summarized. The connections are classified in terms of stiffness and strength as semi-rigid or rigid connection. Energy dissipation capacities for seismic performance evaluation were compared.
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.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2002.03a
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pp.306-316
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2002
This paper summarizes the results of full-scale cyclic seismic testing on four RBS (reduced beam section) steel moment connections. Key test variables were web bolting vs. welding and strong vs. medium PZ (panel zone) strength. The specimen with medium PZ strength was specially designed to mobilize energy dissipation from both the PZ and RBS region in a balanced way; the aim was to reduce the requirement of expensive doubler plates. Both strong and medium PZ specimens with web-welding were able to provide sufficient connection rotation capacity required of special moment frames, whereas specimens with web-bolting showed inferior performance due to the premature brittle fracture of the beam flange across the weld access hole. In contrast to the case of web-welded specimens, the web-bolted specimens could not transfer the actual plastic moment of the original (or unreduced) beam section to the column. If a quality welding for the beam-to-column joint is made as in this study, the fracture-prone area tends to move into the beam flange base metal within the weld access hole. Analytical study was also conducted to understand the observed base metal fracture from the engineering mechanics point of view.
Zhao, Xianzhong;Huang, Zhaoqi;Wang, Yue;Sivakumaran, Ken S.
Steel and Composite Structures
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v.33
no.3
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pp.357-373
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2019
Steel storage racks are slender structures whose overall behavior and the capacity depend largely on the flexural behavior of the base-plate to upright connections and on the behavior of beam-to-column connections. The base-plate upright connection assembly details, anchor bolt position in particular, associated with the high-rise steel storage racks differ from those of normal height steel storage racks. Since flexural behavior of high-rise rack base connection is hitherto unavailable, this investigation experimentally establishes the flexural behavior of base-plate upright connections of high-rise steel storage racks. This investigation used an enhanced test setup and considered nine groups of three identical tests to investigate the influence of factors such as axial load, base plate thickness, anchor bolt size, bracket length, and upright thickness. The test observations show that the base-plate assembly may significantly influence the overall behavior of such connections. A rigid plate analytical model and an elastic plate analytical model for the overall rotations stiffness of base-plate upright connections with concentric anchor bolts were constructed, and were found to give better predictions of the initial stiffness of such connections. Analytical model based parametric studies highlight and quantify the interplay of components and provide a means for efficient maximization of overall rotational stiffness of concentrically anchor bolted high-rise rack base-plate upright connections.
Han, Sang Whan;Moon, Ki Hoon;Jung, Ji Eun;Lee, Ki Hak
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.19
no.6
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pp.751-760
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2007
The purpose of this study is to evaluate the seismic performance of the frame which is assumed to be used with Welded Unreinforced Flange-Bolted web (WUF-B) connections and detailed in compliance with FEMA 350 recommended seismic design criteria. In FEMA 350, these types of connections are only valid for Ordinary Moment-Resisting Steel Frames (OMRSFs). For this purpose, based on test results, we proposed an analytical model for the Post-Northridge WUF-B connections with different panel zone strength ratios. Using the connection model, SAC Phase II three and nine-story frames were modeled and analyzed. From a nonlinear static pushover analysis, ductility, maximum strength, and the maximum interstory drift ratio were investigated for buildings with Post-Northridge details. Moreover, the maximum interstory drift ratio of each performance level (IO and CP) was also investigated through Incremental Dynamic Analysis (IDA). Analytical results were compared with those of buildings with either Pre-Northridge connection or ductile connections with no fracture. The analytical results showed that buildings with Post-Northridge WUF-B connections provide superior strength and interstory drift ratio capacity than buildings with Pre-Northridge WUF-B connections.
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