Fatigue failure of a grid structure using bolt-sphere joints is liable to occur in a high-strength bolt due to the alternating and reciprocal actions of a suspension crane. In this study, variable amplitude fatigue tests were carried out on 20 40 Cr steel alloy M30 high-strength bolts using an MTS fatigue testing machine, and four cyclic stress amplitude loading patterns, Low-High, High-Low, Low-High-Low, and High-Low-High, were tested. The scanning electron microscope images of bolt fatigue failure due to variable amplitude stress were obtained, and the fractographic analysis of fatigue fractures was performed to investigate the fatigue failure mechanisms. Based on the available data from the constant amplitude fatigue tests, the variable amplitude fatigue life of an M30 high-strength bolt in a bolt-sphere joint was estimated using both Miner's rule and the Corten-Dolan model. Since both cumulative damage models gave similar predictions, Miner's rule is suggested for estimating the variable-amplitude fatigue life of M30 high-strength bolts in a grid structure with bolt-sphere joints; the S-N fatigue curve of the M30 high-strength bolts under variable amplitude loading was derived using equivalent stress amplitude as a design parameter.
The grid structure with bolt-sphere joints is widely adopted by industrial plants with suspending crane. The alternating reciprocating action of the suspending crane will cause fatigue problems of the grid structure with bolt-sphere joints with respect to the rod, the cone, the sealing plate, the bolt ball and the high strength bolt; while the fatigue of the high strength bolt is the key issue of fatigue failure. Based on efficient and smooth loading equipment with the AMSLER fatigue testing machine, this paper conducted a constant amplitude fatigue test on 18 M20 and 14 M30 high strength bolts with 40Cr material, and obtained 19 valid failure points, 9 unspoiled points with more than 2 million cycles, and 4 abnormal failure points. In addition, it established the constant amplitude fatigue design method, ${[{\Delta}{\sigma}]_{{2{\times}10}}{^6=58.91MPa}$, and analyzed the stress concentration and the fatigue fracture of high strength bolts. It can be explained that the geometrical stress concentration of high-strength bolt caused by spiral burr is severe.
Superior to traditional welded studs, high strength friction-grip bolted shear connectors facilitate the assembling and demounting of the composite members, which maximizes the potential for efficiency in the construction and retrofitting of new and old structures respectively. Hence, it is necessary to investigate the structural properties of high strength friction-grip bolts used in steel concrete composite beams. By means of push-out tests, an experimental study was conducted on post-installed high strength friction-grip bolts, considering the effects of different bolt size, concrete strength, bolt tensile strength and bolt pretension. The test results showed that bolt shear fracture was the dominant failure mode of all specimens. Based on the load-slip curves, uplifting curves and bolt tensile force curves between the precast concrete slab and steel beam obtained by push-out tests, the anti-slip performance of steel-concrete interface and shear behavior of bolt shank were studied, including the quantitative analysis of anti-slip load, and anti-slip stiffness, frictional coefficient, shear stiffness of bolt shank and ultimate shear capacity. Meanwhile, the interfacial anti-slip stiffness and shear stiffness of bolt shank were defined reasonably. In addition, a total of 56 push-out finite element models verified by the experimental results were also developed, and used to conduct parametric analyses for investigating the shear behavior of high-strength bolted shear connectors in steel-concrete composite beams. Finally, on ground of the test results and finite element simulation analysis, a new design formula for predicting shear capacity was proposed by nonlinear fitting, considering the bolt diameter, concrete strength and bolt tensile strength. Comparison of the calculated value from proposed formula and test results given in the relevant references indicated that the proposed formulas can give a reasonable prediction.
A tension member that has a high-strength bolt fastened to a standard bolt hole increases structural resistance but causes problems from workability or economic perspectives. In this research, a total of 28 samples that have standard and over bolt holes as the tension member's high-strength bolted connection were made and a tension test was conducted. The change of strength of the connection has been confirmed by comparing the tension load of standard and over bolt hole samples obtained from the test results with the design strength due to net section and end distance. Samples made with over bolt holes had a lighter tension load than that of samples made with standard bolt holes, exceeded the design strength of present design standards, and although decrease in strength was inevitable due to the over bolt hole, their safety was satisfactory.
Recently, ultra-high strength bolts have been developed for weight lightening of a vehicle and fuel efficiency. However, some amount of diffusible H is absorbed into the bolt during its manufacturing process so that H embrittlement (HE) often occurs particularly in high strength bolts with a tempered martensitic microstructure. This brings attention to ultra-high strength pearlitic bolts with a high resistance to HE. Therefore, in this study the HE resistance of the 1.6 GPa grade pearlitic bolt was evaluated through tightening tests and slow strain rate tests (SSRTs), and fracture surfaces of failed bolts were comparatively observed. A critical H content for the tightening test turned out to be ~0.23-0.35 mass ppm. The bolt with a diffusible H content of ~0.35 mass ppm was fractured during the tightening test, showing a quasi-cleavage fracture surface, indicating the occurrence of HE. In addition, the bolt underwent premature elastic failure during the SSRT. This implies that the HE resistance of high strength bolts can be evaluated by both tightening test and SSRT.
High strength preloadable bolt assemblies are commonly adopted in beam-to-column bolted connections. Nowadays, two systems of high strength preloadable grade 10.9 bolt assembly are recommended in Europe for structural applications, namely HR and HV, which are characterized by different failure modes. Recently, experimental tests performed on HR and HV bolt assemblies highlighted that the type of bolt assembly may significantly influence the joint response. Therefore, the accuracy of numerical modelling of bolt assemblies is crucial to simulate effectively the non-linear behaviour of bolted joints with either failure mode 2 or mode 3 of the bolt rows. In light of these considerations, this present paper describes and discusses some modelling criteria for both HR and HV bolts to be implemented in 3D finite element models by finite element analysis and structural designers. The comparison between the calibrated models and experimental results shows the accuracy of the proposed assumptions in simulating all stages of assembly tensile response.
To investigate the static properties of large high strength bolt shear connector in hybrid fiber-reinforced concrete (HFRC) and normal concrete (NC), eight push-out test specimens with single/double nut and HFRC/NC slabs were designed and push-out tests were conducted. A fine 3D nonlinear finite element (FE) model including HFRC constitutive model was established by using ANSYS 18.0, and the test results were used to verify FE models of the push-out test specimens. Then a total of 13 FE models were analyzed with various parameters including fiber volume fractions of HFRC, bolt diameter and thickness of steel flange. Finally, the empirical equations considering the contribution of polypropylene fiber (PF) and steel fiber (SF) obtained from the regression of the test results and FE analysis were recommended to evaluate the load-slip curve and ultimate capacity of the large high strength bolt shear connector embedded in HFRC/NC.
Lee, Kang Min;Kim, Kang Seok;Nah, Hwan Seon;Lee, Hyeon Ju;Oh, Kyung Hwan
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.15
no.6
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pp.127-134
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2011
It has been reported that the length parameter of high strength bolts results in the variance in tensile loads. The required turn of nut for each length is specified in AISC RCSC specification. There is no specific regulation datum about the bolt length in the two national codes and specifications in Korea. Therefore this study focused on evaluating influence of the clamping torque subjected to length parameter of high strength bolts. Two types of high strength bolt specimens were manufactured and tested; High Strength Hexagon bolt specified in ASTM A490 and Torque Shear Bolt in KS B 2819. The length parameter ranged from 60mm(3d) to 140mm(7d). The torque, turn of nut, and the clamping force were analyzed to review whether length parameter affects on the required tensile strength. To evaluate the effects of the length parameter on the torque and turn of nut for the required strength and clamping force, statistical analysis was also carried out.
To measure the sensitivity of the hydrogen embrittlement from plated high strength bolts (SWCH18A, F11T), the bolt was stressed by a corresponding to the amount of tensile strain of 5% and 20%, and then the bolt developed a crack on the surface. The bolt that didn't have concentrated hydrogen, even though it was stressed by a corresponding the amount of tensile strain of 5% and 20%, no crack developed. However, the bolt that had concentrated hydrogen, developed cracks from the thread crest to the root. It is impossible to measure the hydrogen amount from plated high strength bolts using Hydrogen-Determinator, because of the limitation of the minimum sample size (about 1g as a mass or $5{\times}5{\times}5 mm^3$ as a volume). Therefore, the sensitivity of hydrogen embrittlement can be measured by observing the presence of cracks on the surface of plated high strength bolts which are stressed by a corresponding to the amount of tensile strain of 5% and 20%.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.22
no.6
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pp.649-655
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2019
Fracture behaviors of SCM435 high strength bolt have been studied including macroscopic and microscopic fracture observation, Energy Dispersive X-ray Spectroscopy, Vickers hardness test and applied stress evaluation. cracks (ratchet marks) were generated by the repetitive loads acting on the bolts, initial stress of bolt and the stress concentration. The applied stress was found to be slightly higher than the fatigue limit of the material. The initial stress of bolt must be removed, and the mold temperature during the process must be maintained by room temperature. Bolts are recommended to be peened to improve fatigue limit.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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