In general, most of the beam-to-column connections for steel structures are regarded as either rigid connections or pin connections. Recently, the concept of a semi-rigid connection was introduced for a correct analysis of steel structures. Several experimental and theoretical researches have been performed regarding the structural behaviors of frames and buildings with semi-rigid connections. The results are not well known, and structural frame/building has not been designed to introduce the concept of semi-rigid connections between a beam and column until this time. To resolve this, this research depends on design specifications prepared by other advanced countries for the design of buildings with semi-rigid connections. Such a specification, however, should incorporate domestic characteristics of steel material properties and load conditions. This paper deals with structural capacities and deformable behaviors for a split-T tensile connection with F10T high-strength bolts to investigate the structural characteristics of semi-rigid frames. The experimental parameters include the thickness of T-flanges, painted or not, preloaded or not, and load pushover pattern. A total of 20 specimens were fabricated and tested with a 300-ton UTM. The structural capacities and behavior for split-T tensile connections were evaluated on each research parameter.
The slim-floor solution provides an efficient alternative to the classic slab-over-beam configuration due to architectural and structural benefits. Two deficiencies can be identified in the current state-of-art: (i) the technique is limited to nonseismic applications and (ii) the lack of information on moment-resisting slim-floor beam-to-column joints. In the seismic design of framed structures, continuous beam-to-column joints are required for plastic hinges to form at the ends of the beams. The present paper proposes a slim-floor technical solution capable of expanding the current application of slim-floor joints to seismic-resistant composite construction. The proposed solution relies on a moment-resisting connection with a thick end-plate and large-diameter bolts, which are used to fulfill the required strength and stiffness characteristics of continuous connections, while maintaining a reduced height of the configuration. Considering the proposed novel solution and the variety of parameters that could affect the behavior of the joint, experimental and numerical validations are compulsory. Consequently, the current paper presents the experimental and numerical investigation of two slim-floor beam-to-column joint assemblies. The results are discussed in terms of moment-rotation curves, available rotational capacity and failure modes. The study focuses on developing reliable slim-floor beam joints that are applicable to steel building frame structures located in seismic regions.
Zohra, Djouaher Fatma;Nacer, Ihaddoudene Touati Abd
Structural Engineering and Mechanics
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v.65
no.3
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pp.327-334
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2018
In the steel structures design, beam-to-column connections are usually considered either rigid or pinned, while their actual behavior lies between these two ideal cases. This consideration has a major influence on the results of the local and the global behavior of steel structures. This influence is noticed in the case of a static analysis, and has an important effect in the case of a dynamic analysis. In fact, pinned and rigid nodes can be considered as two specific cases of a semi-rigid behavior. To study the efficiency of the classification adopted in Eurocode 3, a numerical simulation of semi-rigid nodes has been carried out using the software ANSYS. In the aim to validate this simulation, the numerical results are compared to those of an analytical approach. After that, the validated numerical simulation has been used, to evaluate the efficiency of the classification adopted by the Eurocode 3, regarding semi-rigid connections. Finally, a new method is proposed to define a more accurate evaluation about semi-rigid connections.
Hwang, Won Sup;Park, Yong Myung;Choi, Won Kyong;Kim, Young Pil
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.14
no.3
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pp.433-441
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2002
This study present the stressdistribution of circular column-box beam connection in steel piers. Experiments were carried out for hollow and concrete filled connections, depending on the joint angle. To determine vertical and shear stress distribution, this study examined the equivalent web depth dc' that is mainly used in existing design equation. Lidewise, as additional equivalent web depth was introduced. Stress values that were calculated using equivalent wev depth were also compared with the test stress value. Results showed that stresses of hollow and filled connections have great differences. However, dc' has a limitation for some joint angles. Likewise, stress of filled connection was less than that of the hollow connection. The test value of filled connection was also compared with design equations that were introduced from the hollow connection.
Kim, Tae Jin;Park, JongWon;Cho, Jeong Hyuk;Kim, Hee Dong
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.20
no.6
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pp.829-838
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2008
In this study, cyclic tests of beam-column connections composed with members applicable to the domestic low-middle rise steel buildings were conducted to develop seismic connection details and its evaluation. Connection types and material properties of the steel were testing variables and the difference between the newly developed seismic rolled section (SHN490) and existing rolled section (SM490) was also investigated. Distributions of the yield strength and the ultimate strength of the SHN490 rolled section were relatively uniform comparing to those of the SM490 rolled section Brittle fracture in the weldments of the test specimens was not observed. Instead, fracture occurred at heat-affected zones or the stress-concentrated point near the weld access hole of the beam flanges. In the case of identical rolled-section specimens, the rotational capacity and dissipated energy of the WUF-W connection was larger than those of the WUF-B connection. In the case of identical connection types, the rotational capacity and dissipated energy of the SHN490 section connection was larger than those of the WUF-B section connection.
Saffari, Hamed;Hedayat, Amir A.;Goharrizi, Nasrin Soltani
Steel and Composite Structures
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v.15
no.6
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pp.585-603
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2013
Generally the required strength and stiffness of an I-shaped beam to the box-shaped column connection is achieved if continuity plates are welded to the column flanges from all sides. However, welding the forth edge of a continuity plate to the column flange may not be easily done and is normally accompanied by remarkable difficulties. This study was aimed to propose an alternative for box columns with continuity plates to diminish such problems. For this purpose a double-web I-shaped column was proposed. In this case the strength and rotational stiffness of the connection was provided by nearing the column webs to each other. Finite element studies on about 120 beam-column connections showed that the optimum proportion of the distance between two column webs and the width of the column flange (parameter ${\beta}$) was a function of the ratio of the beam flange width to the column flange width (parameter ${\alpha}$). Hence, based on the finite element results, an equation was proposed to estimate the optimum value of parameter ${\beta}$ in terms of parameter ${\alpha}$ to achieve the highest connection performance. Results also showed that the strength and ductility of post-Northridge connections of such columns are in average 12.5 % and 54% respectively higher than those of box-shaped columns with ordinary continuity plates. Therefore, a double-web I-shaped column of optimum arrangement might be a proper replacement for a box column with continuity plates when beams are rigidly attached to it.
Extended end-plate connections(EEPC) are a type of connection applied in Pre-Engineered Building structures comprising beam-column connections of steel structures or tapered members. Extended end-plate connections(EEPC) show different behavioral characteristics owing to the influence of plate thickness, gauge distance of high strength bolt, diameter of high strength bolt frame, and the number of high strength bolts. In the USA and Europe, extended end-plate connections(EEPC) are applied in beam-column connections of steel structures in various forms; however, these are not widely applied in structures in Korea.This can be attributed to the fact that the proposal of design strength types for extended end-plate connections(EEPC), proposal of connection specifications, evaluation of seismic performance, and are not being performed appropriately. Therefore, the purpose of this study is to provide basic data for the domestic application of Unstiffened extended endplate connections. To realize this, nonlinear finite element analysis was conducted on a 12-mm thick Unstiffened extended endplate connections.
As a type of semi-rigid connection, the top and seat angle connections are popular in current structures owing to their good cyclic performance and simple erection. However, their stiffness and load bearing capacity are relatively insufficient. This study proposes two strengthening methods to further increase the stiffness and strength of bolted-angle joints while maintaining satisfactory energy dissipation capacity (EDC) and ductility. Cyclic loading tests were conducted on six joint specimens with different strengthened angle components. Based on the test results, the influence of the following important factors on the cyclic behavior of steel joint specimens was investigated: the position of the rib stiffeners (edge rib stiffeners and middle rib stiffener), steel strength grade of rib stiffeners (Q345 and Q690), and additional stiffeners or not. In addition, the finite element models of these specimens were built and validated through a comparison of experimental and numerical results. The stiffness and bearing capacity of the bolted-angle joints could be improved significantly by utilizing the novel strengthened joints proposed in this study. Moreover, this can be achieved with almost no increase in the amount of steel required, and the EDC of this joint could also satisfy the requirements of seismic codes from various countries.
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.
Box sections are symmetrical sections and they have high moment of inertia in both directions, therefore they are good members in tall building structures. For the rigid connection in structures with box column continuity plates are used on level of beam flanges in column. Assembly of the continuity plates is a difficult and unreliable work due to lack of weld or high welding and cutting in the fourth side of column in panel zone, so the use of experimental stiffeners have been considered by researchers. This paper presented an experimental investigation on connection in box columns. The proposed connection has been investigated in four cases which contain connection without internal and external stiffeners(C-0-00), connection with continuity plates(C-I-CP), connection with external vase shape stiffener (C-E-VP) and connection with surrounding plates(C-E-SP). The results show that the connections with vase plates and surrounding plates can respectively increase the ultimate strength of the connection up to 366% and 518% than the connection without stiffeners, in case connection with the continuity plates this parameter increases about 39%. In addition, the proposed C-E-VP and C-E-SP connection provide a rigid and safe connection to acquire rigidity of 95% and 98% respectively. But C-I-CP connection is classified as semi-rigid connections.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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