Perfobond rib connectors are widely used in composite structures to achieve the composite action between the steel and the concrete, and empirical expressions for their strength and secant stiffness have been obtained by numerical simulations or push-out tests. Since perfobond connections are generally in an elastic state in the service process and the structural analysis are always based on the elastic properties of the members, the secant stiffness is not applicable for the normal structural analysis. However, the tangent stiffness of perfobond connections has not been introduced in previous studies. Moreover, the perfobond connections are bearing tension and shear force simultaneously when the composite beams subjected to torque or local loads, but the current studies fail to arrive at the elastic stiffness considering the combined effects. To resolve these discrepancies, this paper investigates the initial elastic stiffness of perfobond connections under combined forces. The calculation method for the elastic stiffness of perfobond connections is analyzed, and the contributions of the perfobond rib, the perforating rebar and the concrete dowel are investigated. A finite element method was verified with a high value of correlation for the test results. Afterwards, parametric studies are carried out using the reliable finite element analysis to explore the trends of several factors. Empirical equations for predicting the initial elastic stiffness of perfobond connections are proposed by the numerical regression of the data extracted by parametric studies. The equations agree well with finite element analysis and test results, which indicates that the proposed empirical equations reflect a high accuracy for predicting the initial elastic stiffness of perfobond connections.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.10
no.6
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pp.175-182
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2006
In the design of composite structures, shear connectors such as headed stud, channel, perforated plate, etc, are commonly used to transfer longitudinal shear forces across the steel-concrete interface. Many researches have been conducted to improve the characteristics of different types of shear connector. This paper presents the results of 11 push-out tests performed on the new perforated rib connectors with shearing bars embedded in concrete slab under static loads. The results obtained from these tests are as following : 1) The bearing plate welded on both sides of perforated rib plate improves the stiffness and strength. 2) The capacity of perforated connectors is influenced primarily by the transverse reinforcements and shearing bars.
An innovated type of the flat steel plate-lightweight aggregate concrete hollow composite slab was presented in this paper. This kind of the slab is composed of flat steel plate and the lightweight aggregate concrete slab, which were interfaced with a set of perfobond shear connectors (PBL shear connectors) with circular hollow structural sections (CHSS) and the shear stud connectors. Five specimens were tested under static monotonic loading. In the test, the influence of shear span/height ratios and arrangements of CHSS on bending capacity and flexural rigidity of the composite slabs were investigated. Based on the test results, the crack patterns, failure modes, the bending moment-curvature curves as well as the strains of the flat steel plate and the concrete were focused and analyzed. The test results showed that the flat steel plate was fully connected to the lightweight aggregate concrete slab and no obvious slippage was observed between the steel plate and the concrete, and the composite slabs performed well in terms of bending capacity, flexural rigidity and ductility. It was further shown that all of the specimens failed in bending failure mode regardless of the shear span/height ratios and the arrangement of CHSS. Moreover, the plane-section assumption was proved to be valid, and the calculated formulas for predicting the bending capacity and the flexural rigidity of the composite slabs were proposed on the basis of the experimental results.
Exodermic deck systems are new composite steel grid deck systems which have been used in various projects during the past decade. One of the eminent features of this system is considerable reduction in the structure weight compared to the ordinary reinforced concrete decks and also reduction in construction time by using precast Exodermic decks. In this study, dynamic properties of the Exodermic deck bridges with alternative perfobond shear connectors are investigated experimentally. In order to evaluate the dynamic properties of the decks, peak picking and Nyquist circle fit methods are employed. Frequencies obtained experimentally are in good agreement with the results of the finite-element solution, and the experimental results show that the first mode is the most effective mode among the obtained modes. The first four modes are the rigid translational motion modes, and the next two modes seem to be rigid rotational motion modes around a horizontal axis. From the 7th mode onwards, modes are flexible. The range of damping ratios is about 0.5%. Furthermore, the static behavior of the Exodermic decks under a static load applied at the center of the decks was investigated. Failure of the decks under positive bending was punching-shear. The bending strength of the decks under negative bending was about 50 percent of their strength under positive bending. In addition, the weight of an Exodermic deck is about 40% of that of an equivalent reinforced concrete slab.
This paper presents the results of an experimental study on the structural performance of an innovative GFRP-concrete composite beam construction, which is reinforced with longitudinal GFRP pultruded box-profile and transverse steel stirrups. GFRP perfobond (PBL) shear connectors are employed to enhance the bonding performance between the GFRP profile and the concrete portion. To investigate the shear and flexural performance of this composite system, eight specimens were designed and tested under three-point and four-point bending. The main variables were the height of the composite beam and the shear span-to-depth ratio. The test results indicated that bonding cracks did not occur at the interface between the GFRP profile and the concrete until the final stage of the test. This shows that the specimens performed well as composite beams during the test and that the GFRP PBL connectors were reliable. Based on the test results, two calculation methods were used to determine the flexural and shear capacity of the composite beams. A comparative study of the test and theoretical results suggests that the proposed methods can reasonably predict both the flexural and shear capacities of the specimens, whereas the provisions of ACI 440 are relatively conservative on both counts.
This study verifies the structural capacity of the composite PHC pile (Pretensioned spun high-strength concrete) consisting of a PHC pile and two CT structural steels. Four full-scale specimens are fabricated and the experimental tests were performed to investigate the flexural behaviors of the composite PHC piles. The composite PHC pile can enhance both the structural capacity and functional convenience, since the web of CT structural steel with holes in the web acts as a shear connector (referred to as the perfobond rib), which can connect concrete and steel. All specimens exhibited flexural failure and the ultimate strengths were larger than the anticipated design strength according to the design standard. Thus, the composite PHC pile can be applicable to wall structures with sufficient strength. In addition, it seems that the web of the CT structural steel with holes performs its role as shear connectors.
This paper investigated the structural capacity of the CT shear connectors, which is a kind of the perfobond rib and functions as an anchor transferring the tension force in the joint between a composite PHC wall pile and a bottom slab. The direct pull-out test was performed for various specimens. From failure modes and load-displacement curves, it was found that transverse rebars should be placed to holes in a web to restrict pull-out failure of CT shear connectors. The results of additional tests for specimens with transverse rebars and various support lengths indicated that all specimens were failed by the tension failure of PHC pile before pull-out failure of CT shear connector and concrete pull-out failure. Thus, the CT shear connector could endure the tension force between the PHC wall pile and the bottom slab.
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.
A GFRP-concrete composite bridge deck is presented in this paper. This composite deck is composed of concrete and a GFRP plate and is connected by GFRP perfobond (PBL) shear connectors with penetrating GFRP rebar. There are many outstanding advantages in mechanical behavior, corrosion resistance and durability of this composite deck over conventional reinforced concrete decks. To analyze the shear and flexural performance of this GFRP-concrete composite deck, a static loading experiment was carried out on seven specimens. The failure modes, strain development and ultimate bearing capacity were thoroughly examined. Based on elastic theory and strain-based theory, calculation methods for shear and flexural capacity were put forward and revised. The comparison of tested and theoretical capacity results showed that the proposed methods could effectively predict both the flexural and shear capacity of this composite deck. The ACI 440 methods were relatively conservative in predicting flexural capacity and excessively conservative in predicting shear capacity of this composite deck. The analysis of mechanical behavior and the design method can be used for the design of this composite deck and provides a significant foundation for further research.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.6A
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pp.853-859
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2008
As a new system of steel pipe pile cap reinforcement, the application of perforated flat bar bolted to the steel pipe pile head was suggested for the improvement of structural performance of footing structure. This study investigates the structural characteristics of perforated flat bar shear connectors according to shape and diameter of hole, number of rebars passing through the hole and the depth of settlement. The result shows several requirements to ensure sufficient pull-out resistance and ductility such as that the hole diameter excluding diameter of rebar should exceed the size of aggregates; the hole should be perforated with diameter as the half of plate height; and the adequate depth of settlement should be ensured for the optimal performance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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