Web openings of large beams provide space for wiring, piping, and duct work to provide for proper drainage, pipes and duct must be slightly sloped with the attendant result that all web openings can not be centered on the centroidal axes of the beams. Test specimens are made for opening-depth to beam-depth ratio of 0.5 and for eccentricities of the opening center line of 10% from middepth of the beam because of the proximity of the opening edge to the flange. In this paper, available test results and theories relating to the strength of composite beams having eccentric rectangular openings are surveyed and experiments were carried out to examine the structural behaviors. In all the tests in this paper good agreement is demonstrated with maximum loads measured in tests, and observed failure modes Furthermore, compared with analytical values and experimental values of interaction diagram between moment and shear capacity were safed as it is scattered with outer part of the analytical values.
The collapse behavior observed in single-story beam-column assembly (SSBCA) do not accurately represent the actual overall stress characteristic of multi-story frame structure (MSFS) under column loss scenario owing to ignoring the interaction action among different stories, leading to a disconnection between the anti-collapse behaviors of "components" and "overall structures", that is, the anti-collapse performance of frame structures with two different structural scales has not yet formed a combined force. This paper conducts a numerical and theoretical study to explore the difference of the collapse behaviors of the SSBCA and MSFS, and further to reveal the internal force relationships and boundary constraints at beam ends of models SSBCA and MSFS. Based on the previous experimental tests, the corresponding refined numerical simulation models were established and verified, and comparative analysis on the resistant-collapse performance was carried out, based on the validated modeling methods with considering the actual boundary constraints, and the results illustrates that the collapse behaviors of the SSBCA and MSFS is not a simple multiple relationship. Through numerical simulation and theoretical analysis, the development laws of internal force in each story beam under different boundary constraints was clarified, and the coupling relationship between the bending moment at the most unfavorable section and axial force in the composite beam of different stories of multi story frames with weld cover-plated flange connections was obtained. In addition, considering the effect of the yield performance of adjacent columns on the anti-collapse bearing capacities of the SSBCA and MSFS during the large deformation stages, the calculation formula for the equivalent axial stiffness at the beam ends of each story were provided.
Lim, Jong Jin;Kim, Dong Gwan;Lee, Sang Hyun;Lee, Chang Nam;Eom, Tae Sung
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.28
no.5
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pp.345-354
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2016
In the present study, hybrid moment connections of welding and bar reinforcement for composite beam-column connections were proposed. Concrete-filled octagonal tube and U-section were used for the column and beam, respectively. In the beam-column connection, the top flange and web of the beam U-section were connected to the column plate by welding. However, to reduce stress concentration at the weld joints, the bottom flange of the beam was not welded to the column plate. Instead, to transfer the tension force of the beam flange, reinforcing bars passing through the column plate were used. Four exterior connections with conventional welded and hybrid moment connections were tested under cyclic loading and their cyclic behaviors were investigated. The test results showed that the hybrid moment connections successfully transferred the beam moment to the column. The strength and ductility of the hybrid moment connections were comparable to the conventional welded moment connection with exterior diaphragm; however, the connection performance was significantly affected by the details of the hybrid moment connection.
In order to enhance the greenness in the strain-hardening composites and to reduce the high cost of typical polyvinyl alcohol fiber reinforced engineered cementitious composite (PVA-ECC), an affordable strain-hardening composite with green binder content has been proposed. For optimizing the strain-hardening behavior of cementitious composites, this paper investigates the effects of polypropylene fibers on the first cracking strength, fracture properties, and micromechanical parameters of cementitious composites. For this purpose, digital image correlation (DIC) technique was utilized to monitor crack propagation. In addition, to have an in-depth understanding of fiber/matrix interaction, scanning electron microscope (SEM) analysis was used. To understand the effect of fibers on the strain hardening behavior of cementitious composites, ten mixes were designed with the variables of fiber length and volume. To investigate the micromechanical parameters from fracture tests on notched beam specimens, a novel technique has been suggested. In this regard, mechanical and fracture tests were carried out, and the results have been discussed utilizing both fracture and micromechanical concepts. This study shows that the fiber length and volume have optimal values; therefore, using fibers without considering the optimal values has negative effects on the strain-hardening behavior of cementitious composites.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.9
no.3
s.43
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pp.77-85
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2005
After the collapse of the World Trade Center in september 11, 2001 and due to the frequent fire-caused damages of buildings during earthquake attacks, social concerns have been increased for the fire proof of the structural members of buildings. Recently, researches have been conducted to improve the fire resistance for building members not by the traditional ways but by utilizing the fire-resisting characteristics of reinforced concrete and structural characteristics of H-steel. In this paper, laboratory tests were conducted in room temperature to investigate the structural performance of the composite beams, which were developed to improve the fire resistance, comprising with concrete incasement between upper and lower flanges of H steel. From the experimental results, the displacement ductility factors of $6\~8$ were obtained. The difference of flexural behavior ol H steel-partial concrete incased composite beams with various composite details seems to be minor. The amount of longitudinal rebars is the most influential factor for the flexural strength of the composite beams. Therefore, if this type of composite beams are selected for designing a building located in moderate seismic lone, identical beam size could be used in several stories of the building.
Steel-precast ultra-high-performance concrete (UHPC) composite beams with demountable high-strength friction-grip bolt (HSFGB) shear connectors can be used for accelerated bridge construction (ABC) and achieve excellent structural performance, which is expected to be dismantled and recycled at the end of the service life. However, no investigation focuses on the demountability and reusability of such composite beams, as well as the installation difficulties during construction. To address this issue, this study conducted twelve push-out tests to investigate the effects of assembly condition, bolt grade, bolt-hole clearance, infilling grout and pretension on the crack pattern, failure mode, load-slip/uplift relationship, and the structural performance in terms of ultimate shear strength, friction resistance, shear stiffness and slip capacity. The experimental results demonstrated that the presented composite beams exhibited favorable demountability and reusability, in which no significant reduction in strength (less than 3%) and stiffness (less than 5%), but a slight improvement in ductility was observed for the reassembled specimens. Employing oversized preformed holes could ease the fabrication and installation process, yet led to a considerable degradation in both strength and stiffness. With filling the oversized holes with grout, an effective enhancement of the strength and stiffness can be achieved, while causing a difficulty in the demounting of shear connectors. On the basis of the experimental results, more accurate formulations, which considered the effect of bolt-hole clearance, were proposed to predict the shear strength as well as the load-slip relationship of HSFGBs in steel-precast UHPC composite beams.
Gluhovic, Nina;Markovic, Zlatko;Spremic, Milan;Pavlovic, Marko
Steel and Composite Structures
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v.36
no.4
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pp.369-381
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2020
Nowadays, in prefabricated composite construction, composite action between steel beam and concrete slab is often achieved with positioning of shear connectors in envisaged openings of concrete slabs. Prefabricated concrete slabs are used for composite steel-concrete buildings and bridges, both for the construction of new structures and for renovation of existing ones, significantly reducing construction time. Development of different types of shear connectors represent alternative solution to the traditionally used headed studs, considering their shear resistance, stiffness and ductility. New types of shear connectors tend to reduce the construction time and overall construction cost. Mechanically fastened shear connectors represent a viable alternative to headed studs, considering their fast installation process and shear resistance. X-HVB shear connectors are attached to the steel beam with two cartridge fired pins. The first step towards extensive implementation of X-HVB shear connectors in composite construction is to understand their behaviour through experimental investigation. Results of the push-out tests, in accordance to Eurocode 4, with X-HVB 110 shear connectors positioned in envisaged openings of prefabricated concrete slabs are presented in this paper. The experimental investigation comprised three different specimen's layout. Group arrangement of X-HVB shear connectors in envisaged openings included specimens with minimal recommended distances and specimens with reduced distances between connectors in both directions. Influence of different installation procedures on overall behaviour of the connection is presented, as well as the orientation of shear connectors relative to the shear force direction. Influence of variations is characterized in terms of failure mechanisms, shear resistance and ductility.
The connection of the slab with the steel beam and thus, the transmission of shear force at the interface of the steel-concrete composite beams is achieved with shear connectors, in general, with shear studs. The composite action through these shear studs has a significant influence on the load carrying behavior of the composite beams. The load carrying capacity of studs is determined through push-out tests. At present, the transferability of this load carrying capacity of studs to composite beams, especially in cases of partial interaction, is being questioned by experimental and theoretical investigations. In this study, a finite element model for the simulation of the behavior of the standard push-out specimen and the composite beams without the implementation of the load-slip curve of the stud connectors from the push-out test is developed. The load carrying behavior of the studs in the composite beams is estimated and compared with the results of the push-out test. The reason for the difference in the load carrying behavior of the studs in the push-out test specimen and in the composite beams is found.
A simple steel-concrete composite deck is developed for preventing the lateral torsional buckling of girders that are under construction and for reducing the term of works using H-shaped rolled beams as bridge girders. A new type of shear connectors is also developed for the composite behavior between a simple steel-concrete composite deck and the rolled beams by the connecting conditions between the deck and the girders. One is a connector bolt that is lengthened and split or tightened with two nuts and the other is an I-shaped rolled beam welded on a steel plate with a number of holes punched through the web. In this study, to estimate the shear strength of those shear connectors the push-out tests are performed and the test results are compared with that of the previous studies and the codes. The result of the push-out tests of the connector bolts showed that the shear performance is similar to that of the stud connector and revealed that the equation for the shear strength in the Korean Specification of Highway Bridge overestimates the shear capacity of the connector bolt whose diameter is larger than 19mm. From the push-out tests of punched I-shaped rolled beams with varying welding amounts, with the small amount of welding, shear capacity is governed by the shear capacity of welding. On the other hand, shear capacity is governed by the size of the punched I-shaped rolled beams, regardless of the amount of welding.
Adam, Jose M.;Gimenez, Ester;Calderon, Pedro A.;Pallares, Francisco J.;Ivorra, Salvador
Steel and Composite Structures
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v.8
no.4
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pp.329-342
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2008
The strengthening of reinforced concrete (RC) columns by steel angles and strips (steel cage) is one of various techniques available to increase ultimate column load. Different authors have shown the influence of the beam-column joint on the behaviour of columns strengthened by steel cages. This paper presents an experimental study carried out at the Universidad Polit$\acute{e}$cnica de Valencia with the aim of analysing two different techniques to solve the strengthening close to the joint and the influence on the behaviour of RC columns strengthened steel cages. The ultimate loads obtained in the laboratory tests for these two techniques are compared to that specified by Eurocode 4.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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