Kim, Young Ju;Bae, Jae Hoon;Ahn, Tae Sang;Jang, Seong Hoon
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.26
no.5
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pp.441-452
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2014
In this paper, steel reinforced concrete(SRC) column and composite beam connections were statically tested under gravity loading. The composite beam consists of H-section and U-section members. Five full-scaled specimens were designed to investigate the effect of a number of parameters on behavior of connections such as H-section size, the presence of stud connector, the presence of stiffeners and top bars. In addition, structural performance of welded joint between the H-section and the U-section members is mainly discussed, with an emphasis on initial stiffness, strength, deformation capacity.
Milosavljevic, Branko;Milicevic, Ivan;Pavlovic, Marko;Spremic, Milan
Steel and Composite Structures
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v.29
no.2
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pp.257-272
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2018
The research of shear connectors composed from mechanical couplers with rebar anchors, embedded in concrete, and steel bolts, as a mean of shear transfer in composite connections is presented in the paper. Specific issues related to this type of connections are local concrete pressure in the connector vicinity as well as the shear flow along the connector axis. The experimental research included 18 specimens, arranged in 5 series. Nonlinear numerical analyses using Abaqus software was conducted on corresponding FE models. Different failure modes were analysed, with emphasis on concrete edge failure and bolt shear failure. The influence of key parameters on the behaviour of shear connector was examined: (1) concrete compression strength, (2) bolt tensile strength and diameter and (3) concrete edge distance. It is concluded that bolted shear connectors with mechanical couplers have sufficient capacity to be used as shear connectors in composite structures and that their behaviour is similar to the behaviour of post installed anchors as well as other types of connectors anchored without the head.
Dessouki, Abdelrahim K.;Yousef, Ahmed H.;Fawzy, Mona M.
Steel and Composite Structures
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v.17
no.1
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pp.83-103
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2014
The objective of this research is to study the ultimate moment capacity of the connections between steel I-beams and concrete-filled steel tube columns using different stiffener configurations. The main parameters considered are column cross section shape, square or circular, and filling the column with concrete. This analytical study includes finite element models using ANSYS program taking geometric and material nonlinearities into consideration. These models are verified against the experimental results obtained from previous researches and current design guides. The results show that using proper stiffener configuration affects the stress distribution through the connection and increases the ultimate moment capacity of the connections. Also, circular column is advantageous than the square column for all stiffener configurations and dimensions.
Tubular column members have been widely adopted in current construction due to its numerous advantages. However, the closed-section profile characteristics of tubular columns severely limit the connection possibilities. Welding type is acceptable but discouraged because of on-site issues. Blind-bolted connection is preferable because of its simplicity, economic benefit, and easy assembly. This paper presents a state-of-the-art review on bolted connections to tubular columns for bare steel tubes, including square and circular sections. Available studies on bolted connections at ambient and elevated temperatures are reviewed, but emphasis is given on the latter. Various methods of determining the connection performance through experimental, analytical, component based, and finite element approaches are examined. Future research areas are also identified.
This paper presents a displacement-based finite element procedure for second-order distributed plasticity analysis of planar steel frames with semi-rigid beam-to-column connections under static loadings. A partially strain-hardening elastic-plastic beam-column element, which directly takes into account geometric nonlinearity, gradual yielding of material, and flexibility of semi-rigid connections, is proposed. The second-order effects and distributed plasticity are considered by dividing the member into several sub-elements and meshing the cross-section into several fibers. A new nonlinear solution procedure based on the combination of the Newton-Raphson equilibrium iterative algorithm and the constant work method for adjusting the incremental load factor is proposed for solving nonlinear equilibrium equations. The nonlinear inelastic behavior predicted by the proposed program compares well with previous studies. Coupling effects of three primary sources of nonlinearity, geometric imperfections, and residual stress are investigated and discussed in this paper.
In this paper the results of an experimental program devoted to the assessment of the cyclic behaviour of full scale, European type, beam-column subassemblages with welded connections are presented. Six tests (five cyclic and one monotonic) have been carried out on three different series of specimens, encompassing a total of eighteen tests. The three specimen series have been designed with the aim of defining the effect of the column size on the connection behaviour, under different applied loading histories. The tests have evidenced the effect of the column size and panel zone design and of the applied loading history on the cyclic behaviour and failure modes of the connections.
The harmony search method based optimum design algorithm is presented for geometrically non-linear semi-rigid steel frames. Harmony search method is recently developed metaheuristic algorithm which simulates the process of producing a musical performance. The optimum design algorithm aims at obtaining minimum weight steel frames by selecting from standard set of steel sections such as European wide flange beams (HE sections). Strength constraints of Turkish Building Code for Steel Structures (TS648) specification and displacement constraints were used in the optimum design formulation. The optimum design algorithm takes into account both the geometric non-linearity of the frame members and the semi-rigid behaviour of the beam-to-column connections. The Frye-Morris polynomial model is used to calculate the moment-rotation relation of beam-to-column connections. The robustness of harmony search algorithm, in comparison with genetic algorithms, is verified with two benchmark examples. The comparisons revealed that the harmony search algorithm yielded not only minimum weight steel frames but also required less computational effort for the presented examples.
An investigation on the combined effect of foundation type, foundation flexibility, axial load and PR (semi-rigid) connections on the natural frequencies of steel frames is presented. These effects were investigated using a suitable modified FE program for cases where the foundation flexibility, foundation connectivity, and semi-rigid connections could be treated as equivalent linear springs. The effect of axial load on the natural frequency of a structure was found to be significant for slender structures subjected to high axial loads. In general, if columns of medium slenderness are designed without consideration of axial load effects, the frequency of the structure will be overestimated. Studies on the 3-story Los Angeles PR SAC frame indicate that the assumption of rigid connections at beam-column and column-base interfaces, as well as the assumption of a rigid foundation, can lead to significant errors if simplified design procedures are used. These errors in an equivalent static analysis are expected to lead to even more serious problems when considering the effect of higher modes under a non-linear dynamic analysis.
Seismic performance of hybrid steel frames defined as mixture of rigid and semi-rigid connections is investigated in this paper. Three frames with 10, 15 and 20 stories are designed with fully rigid connections and then with 4 patterns for semi-rigid connection placement, some of beam to column rigid connections would turn to semi-rigid. Each semi-rigid connection is considered with 4 different moment capacities and all rigid and semi-rigid frames consisting of 51 models are subjected to 5 selected earthquake records for nonlinear analysis. Maximum story drifts, roof acceleration and base shear are extracted for those 5 earthquake records and average values are obtained for each case. Based on numerical results for the proposed hybrid frames, story drifts remain in allowable range and the reductions in the maximum roof acceleration of 22, 29 and 25% and maximum base shear of 33, 31 and 54% occur in those 10, 15 and 20-story frames, respectively.
A great number of moment-resisting steel structures collapsed due to ductile crack initiation at welded beam-column connections, followed by explosive brittle fracture in the Kobe (Hyogoken-Nanbu) earthquake in 1995. A series of experimental and numerical studies on cracking behaviors of beam-column connections in steel bridge piers were carried out by the authors' team. This paper aims to study the effect of post weld treatment on cracking behaviors of the connections during a strong earthquake event. Experiments of three specimens with different weld finishes, i.e., as-welded, R-finish, and burr grinding, were conducted. The experimental results indicate that the instants of ductile crack initiation are greatly delayed for the specimens with R-finish and burr grinding finishes compared with the as-welded one. The strain concentration effect in the connection is also greatly reduced in the specimens with post weld treatment compared with the as-welded one, which was also verified in the tests.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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