An efficient method for calculating the nonlinear stiffness of the Progressive Multi-Leaf Spring is developed and evaluated. It utilizes the interaction between the main and help spring that induces the nonlinearity. The main and the help springs are modeled as multi-leaf cantilever beams, and, then, they are integrated as one by connecting the two models for each side of the Progressive Multi-Leaf Spring at the center-bolt. The results from the developed model are evaluated by use of the commercial FEA program, ABAQUS. The nonlinear spring coefficients calculated by FEM analysis yield the numbers very close to the numbers calculated for the spring coefficients by used of the developed method. From the comparative evaluations, the developed method is accurate enough and very efficient in calculation time for evaluating the nonlinear spring property of the Progressive Multi-Leaf Spring.
Milicevic, Ivan;Milosavljevic, Branko;Pavlovic, Marko;Spremic, Milan
Steel and Composite Structures
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v.36
no.3
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pp.321-337
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2020
Contemporary design and construction of steel-concrete composite structures employs the use of prefabricated concrete elements and demountable shear connectors in order to reduce the construction time and costs and enable dismantling of elements for their potential reuse at the end of life of buildings. Bolted shear connector with mechanical coupler is presented in this paper. The connector is assembled from mechanical coupler and rebar anchor, embedded in concrete, and steel bolt, used for connecting steel to concrete members. The behaviour and ultimate resistance of bolted connector with mechanical coupler in wide and narrow members were analysed based on push-out tests and FE analyses conducted in Abaqus software, with focus on concrete edge breakout and bolt shear failure modes. The effect of concrete strength, concrete edge distance and diameter and strength of bolts on failure modes and shear resistance was analysed. It was demonstrated that premature failure by breakout of concrete edge occurs when connectors are located 100 mm or closer from the edge in low-strength and normal-strength reinforced concrete. Furthermore, the paper presents a relatively simple model for hand calculation of concrete edge breakout resistance when bolted connectors with mechanical coupler are used. The model is based on the modification of prediction model used for cast-in and post-installed anchors loaded parallel to the edge, by implementing equivalent influence length of connector with variable diameter. Good agreement with test and FE results was obtained, thus confirming the validity of the proposed method.
Kim, Dae Kyung;Lee, Cheol Ho;Jin, Seung Pyo;Yoon, Seong Hwahn
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.29
no.5
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pp.341-352
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2017
Well designed group bolted connections can exhibit excellent ductile behavior through the bearing mechanism until the occurrence of shear rupture in the bolt or in the connecting plate. This excellent ductility can be utilized in favor of economical connection design. In this study, comprehensive tests on single-bolt bearing connections were conducted and analyzed considering bearing boundary conditions. The primary objective was to propose a generalized bearing strength and load-deformation relationship that can be used for designing group-bolted connections. To this end, new bearing strength formula, deformation limits as well as new load-deformation relationship were first proposed. Especially the proposed load-deformation relationship can reflect the stiffness, strength, and geometrical boundary conditions of the joint. The proposed formula and relationship are validated based on test results.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.28
no.5
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pp.491-496
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2015
The headed studs used extensively for steel-composite construction are specified as SS400 in the current Korean Standard specification considering the welding condition. And the corresponding equation for the shear force calculation is limited for the use of compression strength of concrete below $300kgf/cm^2$. However, it is expected that the high strengthening and precasting of both steel and concrete due to the necessity of shear connector or other connecting material for the combination of steel and concrete. Therefore, the experimental results obtained during the development process of high strength stud for the connection of high strength concrete and the steel member are reported in this paper. Also the effectiveness of newly developed shear connector using pipe(pipe stud) to increase the stiffness of a stud is verified by comparing both the stiffness and the strength with common stud bolt through the welding ability, mechanical characteristics and experimental investigation.
Two-arch tunnels require minimal spacing between the 2 tunnels and thus occupy small amount of land compared to parallel tunnels. But it is rather expensive. The parallel tunnel is not as expensive, but it requires more land than 2-arch tunnels. This may cause a problem when there is a land shortage. The new design is to connect these two types of tunnels by another pair of parallel tunnels where the separation distance is gradually increasing. The applicability of this new design to the cases where rock condition is not even fair has to be verified since the width of the pillar between the connecting tunnels can be quite narrow. Therefore both two and three dimensional numerical analyses were conducted and pillar stability was examined for rock classes IV and V in two different ways. Results showed that this new design is still effective for poor rock conditions if central pillar is properly reinforced by tension bolts as long as overburden is less than five times of the tunnel diameter.
In this study, the current regulations to be adequate in industrial site have to be renew in order to prevent the fatal injuries by mobile cranes. Fatal injury analyses were conducted with several accident cases by the mobile cranes. For each accident, the causes of the injuries were examined and proper safety measures were proposed. This study proposed a revision of the standard guideline as an accident prevention measures through in-depth analysis of fatal accidents. First, fatality rate per 10,000 persons by the mobiles cranes was 0.57 in 2011. Second, the in-depth analysis of the mobile crane accidents showed that the main factors of the accidents were the overturn of mobile crane, the fracture of connection part between mobile crane boom and rope, the breaking of rope and the misunderstanding over the signal between a mobile crane driver and workers around a mobile crane. Third, the order of high defection of connecting parts was bucket bolt, bracket and extension parts. Fourth, since there were several cases of overturn of mobile crane by itself in the in-depth analysis of the mobile crane, the over slop-proof device was proposed as the main alternative in this study. Fifth, the revision of standards of safety factor that shall be more than 10, of connecting parts of mobile crane was proposed.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.11
no.2
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pp.51-60
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1987
Recently, the problem of the axial vibration for the marine diesel engine shafting has become important due to the increased exciting forces resulting from high supercharging and large output, and the reduced natural frequencies resulting from long stroke and show speed. The effects of the axial vibration on the propulsion shafting induce cracks of the connecting point of crankpin and crankarm, the severe wear of thrust bearing, the fatigue failure of each fixing bolt and jointed parts, the hull and local hull vibrations, and also the wear and the noise due to intense hammering phenomena of thrust collar. Therefore, each classification society requires the calculation of natural frequencies and their amplitudes and also measurements of the forced damped axial vibration. At present, the technical and theoretical level is at the stage of estimating the resonant points and their maximum displacements, but the estimated displacements of the resonant points are not so reliable as the torsional one. In this study, induced stresses and amplitudes of the forced damped axial vibration are calculated. For this purpose, the equation of forced axial vibration with damping for the propulsion shafting is derived and its steady-state response is calculated by the mechanical impedance method. A computer program for above calculations is developed. The measured values are analyzed and the calculated results are compared with the measured ones. They show fairly good agreements and the reliability of developed program is confirmed.
Due to aesthetic, economic, and structural performance, the use of structural hollow sections as columns in both continuous moment resisting and nominally pinned construction is attractive. Connecting the beams to these sections is somewhat problematic as there is no access to the interior of the section to allow for the tightening of a standard bolt. Therefore, bolts that may be tightened from one side, i.e., blind bolts, have been developed to facilitate the use of site bolting for this arrangement. This paper critically reviews available information concerning blind bolting technology, especially the performance of fasteners in shear, tension, and moment resisting connections. Also provided is an explanation of the way in which the results have been incorporated into design guidance covering the particular case of nominally pinned connections. For moment resisting connections, it is concluded that whilst the principle has been adequately demonstrated, sufficient data are currently not available to permit the provision of authoritative design guidance. In addition, inherent flexibilities in the connections mean that performance equivalent to full strength and rigid is unlikely to be achievable: a semicontinuous approach to frame design will therefore be necessary.
This article presents a numerical tool for dimensioning two-threaded fasteners connecting prismatic parts subjected to fatigue tension loads that are coplanar with the screw axis. A simplified numerical model is developed from unidirectional finite elements, modeling the connected parts and screws with bent elements and the elastic contact layer between the parts with springs. An algorithm updating the contact stiffness matrix, calculating forces and displacements at each node of the structure and thus normal stresses in the screws in both static and fatigue is further developed using C language. An experimental study is also conducted in parallel with the numerical approach to validate the developed model assumptions, the numerical model and the 3D finite element results. Since stiffness values for the compressive zones in the parts are analytically difficult to determine, a statistical software method is used, from which a tuning factor is derived for identifying these stiffness values. The method is also applied to set out the influence of each parameter on the fatigue behaviour of each screw. Finally, the developed model will be used to establish a new, sophisticated, fast and accurate tool for dimensioning bolted mechanical structures.
In this study, partially restrained beam-column moment joints in the weak-axis direction were examined using three large-scale specimens subject to cyclic loading in order to assess the seismic resistance of the joints of low-rise steel structures and to propose joint details based on the test results. The influence of different number of bolts on the moment joints was thoroughly investigated. It was found that the flexural capacity of the joints in the direction of weak axis was highly dependent on the number of high-tension bolts. In addition, even though the flexural connections subjected to cyclic loading was perfectly designed in accordance with current design codes, severe failure mode such as block shear failure could occur at beam flange. Therefore, to prevent excessive deformation at bolt holes under cyclic loading conditions, the holes in beam flange need to have larger bearing capacity than the required tensile force. In particular, if the thickness of the connecting plate is larger than that of the beam flange, the bearing capacity of the flange should be checked for structural safety.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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