This paper presents an experimental study on the flexural capacity of an encased(slim-floor) composite beam, which is a wider plate under bottom flange of H-beam with web openings. Five simple full-scale bending tests were conducted on the encased(slim-floor) composite beams at varying steel beam heights (250mm and 300mm), positions of web openings, and loading conditions. The test results revealed that the web-open encased composite beam had sufficient composite action, without any additional shear connection devices, because of the inherent shear-bond effects between the steel beam and the concrete, and a stable structural performance without web-opening reinforcements.
In the present investigation the experimental and theoretical flexural and compressive behavior of short tubular steel columns filled with plain concrete and fiber-reinforced concrete (FRC) was examined. For a given length of the members, the effects of different geometry and dimensions of the transverse cross-section (square and circular) were investigated. Constituent materials were characterized through direct tensile tests on steel coupons and through compressive and split tension tests on concrete cylinders. Load-axial shortening and load-deflection curves were recorded for unfilled and composite members. Finally, simplified expressions for the calculus of the load-deflection curves based on the cross-section analysis were given and the ultimate load of short columns was predicted.
Kim, Young-Ho;Kim, Do-Bum;Kim, Dae-Jin;Kim, Myeong-Han
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.18
no.3
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pp.57-66
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2018
Recently various composite beams in which concrete is filled in the U-shaped steel plate have been developed for saving story height and reducing construction period. Due to the high flexural stiffness and strength, they are widely being used for the building with large loads and long spans. The semi-slim AU composite beam has proven to take highly improved stability compared to the existing composite beams, because it consists of the closed steel section by attaching cap-type shear connectors to the upper side of U-shaped steel plate. In this study the finite element analyses were performed to evaluate the safety of the AU composite beam with unconsolidated concrete which were sustained through the closed steel section during the construction phase. The analyses were performed on the two types of cross section applied to the fabrication of AU composite beams, and the results were compared to the those of 2-point bending tests. In addition, the flexural performance according to the space of intermittent cap-type shear connectors and the location of reinforcing steel bars for compression was comparatively investigated. Through the results of analytical studies, it is preferable to adopt the yield moment of AU composite beam for evaluating the safety in the construction phase, and to limit the space of intermittent shear connectors to 400 mm or less for the construction load.
This paper presents a finite element model for predicting the monotonic behaviour of bolted endplate joints connecting steel-concrete composite walls and steel beams. The demountable Hollo-bolts are utilised to facilitate the quick installation and dismantling for replacement and reuse. In the developed model, material and geometric nonlinearities were included. The accuracy of the developed model was assessed by comparing the numerical results with previous experimental tests on hollow/composite column-to-steel beam joints that incorporated endplates and Hollo-bolts. In particular, the Hollo-bolts were modelled with the expanded sleeves involved, and different material properties of the Hollo-bolt shank and sleeves were considered based on the information provided by the manufacture. The developed models, therefore, can be applied in the present study to simulate the wall-to-beam joints with similar structural components and characteristics. Based on the validated model, the authors herein compared the behaviour of wall-to-beam joints of two commonly utilised composite walling systems (Case 1: flat steel plates with headed studs; Case 2: lipped channel section with partition plates). Considering the ease of manufacturing, onsite erection and the pertinent costs, composite walling system with flat steel plates and conventional headed studs (Case 1) was the focus of present study. Specifically, additional headed studs were pre-welded inside the front wall plates to enhance the joint performance. On this basis, a series of parametric studies were conducted to assess the influences of five design parameters on the behaviour of bolted endplate wall-to-beam joints. The initial stiffness, plastic moment capacity, as well as the rotational capacity of the composite wall-to-beam joints based on the numerical analysis were further compared with the current design provision.
Bridges, offshore oil platforms and other infrastructures usually require at some point in their service life rehabilitation for reasons such as aging and corrosion. This study explores the application of adhesively bonded CFRP patches in repair of corroded circular hollow sectional (CHS) steel beams. An experimental program involving three-point bending tests was conducted on intact, corroded, and repaired CHS beams. Meso-scale finite element (FE) models of the tested beams were developed and validated by the experimental results. A parametric study using the validated FE models was performed to examine the effects of different CFRP patch parameters, including patch dimensions, number of plies and stacking sequence, on efficiency of the repair system. Results indicates that the corrosion reduced elastic stiffness and flexural strength of the undamaged beam by 8.9 and 15.1%, respectively, and composite repair recovered 10.7 and 18.9% of those, respectively, compared to undamaged beam. These findings demonstrated the ability of CFRP patch repair to restore full bending capacity of the corroded CHS steel beam. The parametric study revealed that strength and stiffness of the repaired CHS beam can be enhanced by changing the fiber orientations of wet composite patch without increasing the quantity of repair materials.
Recycled tire rubber-filled concrete (RRFC) is employed into the steel-concrete composite structures due to its good ductility and crack resistance. Push-out tests were conducted to investigate the static behavior of steel and rubber-filled concrete composite beam with different rubber mixed concrete and studs. The results of the experimental investigations show that large studs lead a higher ultimate strength but worse ductility in normal concrete. Rubber particles in RRFC were shown to have little effect on shear strength when the compressive strength was equal to that of normal concrete, but can have a better ductility for studs in rubber-filled concrete. This improvement is more obvious for the composite beam with large stud to make good use of the high strength. Besides that the uplift of concrete slabs can be increased and the quantity and width of cracks can be reduced by RRFC efficiently. Based on the test result, a modified empirical equation of ultimate slip was proposed to take not only the compressive strength, but also the ductility of the concrete into consideration.
In this paper, the thermal buckling and postbuckling behaviour of composite beam with embedded shape memory alloy (SMA) wires are investigated experimentally and analytically. The results of thermal buckling tests on uniformly heated, clamped, composite beam embedded with SMA wire actuators are presented and discussed in consideration of geometric imperfections, slenderness ratio of beam and embedding position of SMA wire actuators. The shape recovery force can reduce the thermal expansion of composite laminated beam, which result in increment of the critical buckling temperature and reduction of the lateral deflection of postbuckling behaviours. It is presented quantitatively on the temperature-load-deflection behaviour records how the shape recovery force affects the thermal buckling. The cross tangential method is suggested to calculate the critical buckling temperature on the temperature-deflection plot. Based on the experimental analysis, the new formula is also proposed to describe the critical buckling temperature of a laminated composite beam with embedded SMA wire actuators.
Kim, Sang-Woo;Kim, Eun-Ho;Rim, Mi-Sun;Shrestha, Pratik;Lee, In;Kwon, Il-Bum
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.12
no.4
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pp.346-353
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2011
In this study, the structural performance tests, i.e., static tests and dynamic tests of the composite wind turbine blade, were carried out by using the embedded fiber Bragg grating (FBG) sensors. The composite wind turbine blade used in the test is the 1/23 scale of the 750 kW composite blade. In static tests, the deflections along the blade were evaluated. Evaluations were carried out with simple beam theory and quadratic fitting method by using the embedded FBG sensors to predict the structural behavior with respect to the load. The deflections were compared to those obtained from the laser displacement sensor and electric strain gauges. They showed good agreement. Modal tests were performed to investigate the dynamic characteristics using the embedded FBG sensors. The natural frequencies obtained from the FBG sensors corresponding to the nine mode shapes of the blade were compared to those from the laser Doppler vibrometer. They were found to be consistent with each other. Therefore, it is concluded that the embedded FBG sensors have a great capability for measuring the structural performances of the composite wind turbine blade when structural performance tests are carried out.
When the concrete and steel combined composite beam is exposed to high temperature, concrete could delay temperature rising of steel by covering or increase heat capacity of structural member. For becoming of structural reinforcing by unification between materials, fire resistance rate of composite beam would be higher than simple steel beam. The temperature rising of exposed steel of composite beam is directly related with section shape and exposure length of steel. In this study, fire resistant tests were carried out for composite beams and steel beam with same thickness of spray-type fire resistant materials in standard fire, and after that, temperature histories were analysed and compared with shape factor. The correlation between steel temperature and shape factor was showed very high. This result suggests that if it can be predict the comparative advantage of member by factor which cause the performance enhancement, it could be conclude that an Standard Accreditation method can be adjust to members without indivisual certifiicate of accreditation.
Lee, Sueng Jae;Kang, Seong Deok;Choi, Seng Kwan;Kim, Myeong-Han;Kim, Sang Dae
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.18
no.5
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pp.643-654
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2006
Thispaper presents the results of an experimental investigation into the fire performances ofsimply supported iTECH composite beams using an ISO834 standard fire. There are very few independent studies on the fire resistance of composite steel and concrete structures of various designs. The iTECH composite beam system has been used in construction, but nothing is known about its influence in a fire. To evaluate the fire resistance performanceof the iTECH beam, a test was conducted for 4.7m-span-length iTECH beams under given conditions in a laboratory. The fire resistance performance of unprotected coatings of the iTECH beam has been examined, and a longer period of fire resistance was achieved by increasing the beam coating's section size and decreasing its load ratio. Coatings for the fire protection of iTECH beams reduce the rate of temperature rise of the beam in case of fire, and the required thickness of spray-on fire protection coatings can be determined by means of tests.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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