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.
The application of high performance materials for the deck can represent a fair alternative to reduce the weight of the deck and improve the econimic efficiency of the bridge even if high performance materials are costly. In UHPC(Ultra High Performance Concrete) bridges, it is necessary to verify that exiting headed stud can be used to transfer longitudinal shear forces across the steel-concrete interface. In this paper, the push-out tests are performed to analisys the composite behavior between UHPC bridge deck and steel girder. The ultimate strength of test specimens is proportional to the diameter of headed studs in push-out test for static loading. Test results show that the shear strength of headed stud is improved for the case of normal concrete bridge decks.
Typical composite girder has been composed with conventional concrete deck and steel girder. Recently, ultrahigh-performance-concrete (UHPC) deck is proposed in order to enhance durability and reduce weight of deck as well as to increase stiffness and strength of the composite girder. This study investigates that a headed stud is still compatible as a shear connector for the UHPC deck and steel girder composite beam. Twelve push-out specimens are prepared to evaluate the static strength of stud shear connectors embedded in the UHPC deck. The test program proves that the static strength of the stud shear connectors embedded in UHPC well meets with design codes described in AASHTO LRFD. Chosen experimental variables are aspect ratio of height to diameter of stud, thickness of deck and thickness of concrete cover over the head of stud. From the test program, aspect ratio and cover thickness are investigated to mitigate the regulations of the existing design codes. The minimum aspect ratio and the minimum cover thickness given in AASHTO LRFD are four and 50mm, respectively. This limitation hinders to lower the thickness of the UHPC deck. The results of the experiment program give that the aspect ratio and the cover thickness can be lower down to three and 25mm, respectively. Eurocode-4 regulates characteristic relative slip at least 6mm. However, test results show that stud shear connectors embedded in UHPC provide the characteristic relative slip only about 4mm. Therefore, another measures to increase ductility of stud should be prepared.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.11
no.10
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pp.4018-4023
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2010
Various kinds of shear connector such as headed stud, channel, perforated steel plate and others are commonly used to transfer stress and present composite performance in composite structures, and many researches have been conducted to improve the characteristics of different types of shear connectors. It is focused in this study on the bending performance of steel pipe pile cap with the open type perforated shear connector for the composite connection to the spread footing. Nonlinear analysis was conducted, using ABAQUS, a finite element analysis program, to obtain information for determining the characteristics of the structure and to allow various parametric analysis for bending performance of steel pipe pile cap with the open perforated shear connector.
In recent years, the reversed L-shaped perforated shear connector has been developed to mitigate the problem associated with headed stud and Perforbond shear connector and to simulate the simultaneous failure of concrete and shear connector. And FRP perforated shear connector has been applied to composite concrete and FRP module in the FRP-concrete composite bridge deck. The design criterion of the reversed L-shaped and FRP perforated shear connector has not been established yet since the lack of experimental and analytical study results. In this paper, the existing design equations for the Perforated were briefly discussed and the equation fur the prediction of shear resisting capacity of the reversed L-shaped and FRP perforated shear connector was suggested based on the experimental test, FEM analysis. and the existing equation for the Perfobond. The predict results obtained by the suggested equation arc compared with the experimental results, the applicability and effectiveness of suggested equation was verified.
The objective of this study is to investigate the actual behavior of studs in structures under earthquake load through laboratory tests and numerical simulation. A test program including eighteen specimens was devised with consideration of different concrete strengths and stud diameters. Six of specimens were subjected to monotonically increasing loading while the others were subjected to cyclic loading. Mechanical behavior including the failure mechanism, load-slip relationship, stiffness degradation, energy dissipation and the damage accumulation was obtained from the test results. An accurate numerical model based on the ABAQUS software was developed and validated against the test results. The results obtained from the finite element (FE) model matched well with the experimental results. Furthermore, based on the experimental and numerical data, the design formulas for expressing the skeleton curve were proposed and the simplified hysteretic model of load versus displacement was then established. It is demonstrated that the proposed formulas and simplified hysteretic model have a good match with the test results.
The steel-concrete composite decks have high fatigue durability and deformability in comparison with ordinary RC slabs. Withal, the steel-concrete composite deck is mostly heavier than the RC slabs. We have proposed herein a new type of steel-concrete composite deck which is lighter than the typical steel-concrete composite decks. This can be achieved by arranging hollow sectional members as shear connectors, namely, half-pipe or channel shear connectors. The present study aims to experimentally investigate mechanical characteristics of the half-pipe shear connectors under the direct shear force. The shear bond capacity and deformability of the half-pipe shear connectors are strongly affected by the thickness-to-diameter ratio. Additionally, the shear strengths of the hollow shear connectors (i.e. the half-pipe and the channel shear connectors) are compared. Furthermore, shear capacities of the hollow shear connectors equivalent to headed stud connectors are also discussed.
Steel-concrete composite structures have been extensively used in building, bridges, and other civil engineering infrastructure. Shear stud connectors between steel and concrete are essential in composite members to guarantee the effectiveness of their behavior in terms of strength and deformability. This study focuses on investigating the shear stiffness of headed studs embedded in several types of concrete with wide range of compressive strength, and their effects on the elastic behavior of steel-concrete composite girders were evaluated. Firstly, totally 206 monotonic push-out tests from the literature were reviewed to investigate the shear stiffness of headed studs embedded in various types of concrete (NC, HPC, UHPC etc.). Shear stiffness of studs is defined as the secant stiffness of the load-slip curve at 0.5Vu, and a formulation for predicting defined shear stiffness in elastic state was proposed, indicating that the stud diameter and the elastic modulus of steel and concrete are the main factors. And the shear stiffness predicted by the new formula agree well with test results for studs with a diameter ranging from 10 to 30 mm in the concrete with compressive strength ranging from 22.0 to 200.0MPa. Then, the effects of shear stiffness on the elastic behaviors of composite girders with different sizes and under different loading conditions were analyzed, the equations for calculating the stress and deformation of simply supported composite girders considering the influence of connection's shear stiffness were derived under different loading conditions using classical linear partial-interaction theory. As the increasing of shear stiffness, the stress and deflection at the most unfavorable section under partial connected condition tend to be those under full connected condition, but the approaching speed decreases gradually. Finally, the connector's shear stiffness was recommended for fully connection in composite girders with different dimensions under different loading conditions. The findings from present study may provide a reference for the prediction of shear stiffness for headed studs and the elastic design of steel-concrete composite girder.
Hosseinpour, Emad;Baharom, Shahrizan;Badaruzzaman, Wan Hamidon W.;Shariati, Mahdi;Jalali, Abdolrahim
Steel and Composite Structures
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v.26
no.4
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pp.485-499
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2018
In this paper, a hollow steel tube (HST) shear connector is proposed for use in a slim-floor system. The HST welded to a perforated steel beam web and embedded in concrete slab. A total of 10 push-out tests were conducted under static loading to investigate the mechanical behavior of the proposed HST connector. The variables were the shapes (circular, square and rectangular) and sizes of hollow steel tubes, and the compressive strength of the concrete. The failure mode was recorded as: concrete slab compressive failure under the steel tube and concrete tensile splitting failure, where no failure occurred in the HST. Test results show that the square shape HST in filled via concrete strength 40 MPa carried the highest shear load value, showing three times more than the reference specimens. It also recorded less slip behavior, and less compressive failure mode in concrete underneath the square hollow connector in comparison with the circular and rectangular HST connectors in both concrete strengths. The rectangular HST shows a 20% higher shear resistance with a longer width in the load direction in comparison with that in the smaller dimension. The energy absorption capacity values showed 23% and 18% improvements with the square HST rather than a headed shear stud when embedded in concrete strengths of 25 MPa and 40 MPa, respectively. Moreover, an analytical method was proposed and predicts the shear resistance of the HST shear connectors with a standard deviation of 0.14 considering the shape and size of the connectors.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.19
no.7
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pp.481-492
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2018
The steel-plate concrete composite beam is composed of a steel plate, concrete and shear connector to combine two inhomogeneous materials. In general, the steel plate is assembled by welding an existing composite beam. In this study, the SPC beam was composed of folding steel plates and concrete, without a headed stud. The folding steel plate was assembled by a high strength bolt instead of welding. To improve the workability in a field construction, a hat-shaped cap was attached to the junction with a slab. Monotonic load testing under two points was conducted under displacement control mode to analyze the flexural strength of the SPC beam using a cap as the shear connector. Five specimens with shear connector types, protrusion length, and different thickness of steel plates were constructed and tested. The experimental results were analyzed through the relationship between the shear strength ratio and flexural strength in KBC 2009. The test results showed a shear strength ratio of more than 40 %. In the case of using a cap-like specimen as the shear connector, the flexural strength was 70% of the value calculated as a fully composite beam. In addition, the cap showed a smaller shear strength than the stud, but the cap served as a shear connection. When the thickness of the steel plate was taken as a variable, the steel plate exhibited a bending strength of approximately 70% compared to a fully formed steel plate, and exhibited similar deformation performance. Local buckling occurred due to incomplete composite behavior, but local buckling occurred at a 5% higher strength for a relatively thick steel plate. The buckling width also decreased by 15%.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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