Concrete filled tubular(CFT) members have many structural and constructional advantages. The prefabrication of CFT members can be thought an idea for the good qualify control of concrete. The objective of this study is to suggest the construction method of prefab CFT beam-columns. Tests are performed to understand their structural behaviors. The opening space between prefab CFT members and the size of tubular members are the parameters of this study. The results of this study will be based on the suggestion of prefab CFT.
Kim, Jung-Yeob;Jung, Hyung-Suk;Chun, Sung-Chul;Kim, In-Ho;Choi, Chang-Sik
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.29
no.2
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pp.201-208
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2017
In exterior beam-column joints, hooked bars are used for anchorage, but usage of high-strength and large-diameter bars increases, headed bar is preferred for solving steel congestion and difficulty in construction. To investigate the structural performance of headed bars, Six exterior beam-column joints were tested under cyclic loading. Tests parameter were the anchorage methods and concrete strength. The test results indicate that behavior of headed bar specimens shows similar performance with hooked bar specimens. All specimens failed by flexural failure of the beam. Headed bar specimens shows better performance in anchorage and joint shear. All specimens were satisfied the criteria of ACI374.1-05. Test results indicate that use of headed bar in exterior beam column joint is available.
Semi-rigid joints have been widely studied in literature in recent decades because they affect greatly the structural response of frames. In literature, the behavior of semi-rigid joints is commonly assumed to be identical under positive and negative moments which are obviously incorrect in many cases where joint details such as bolt arrangement or placement of haunch are vertically asymmetrical. This paper evaluates two common types of steel frames with asymmetrical beam-to-column joints by Direct Analysis allowing for plasticity. A refined design method of steel frames using a proposed simple forth order curved-quartic element with an integrated joint model allowing for asymmetrical geometric joint properties is presented. Furthermore, the ultimate behavior of six types of asymmetrical end-plate connections under positive and negative moment is examined by the Finite Element Method (FEM). The FEM results are further applied to the proposed design method with the curved-quartic element for Direct Analysis of two types of steel frames under dominant gravity or wind load. The ultimate frame behavior under the two different scenarios are examined with respect to their failure modes and considerably different structural performances of the frames were observed when compared with the identical frames designed with the traditional method where symmetrical joints characteristics were assumed. The finding of this research contributes to the design of steel frames as their asymmetrical beam-to-column joints lead to different frame behavior when under positive and negative moment and this aspect should be incorporated in the design and analysis of steel frames. This consideration of asymmetrical joint behavior is recommended to be highlighted in future design codes.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.6
no.1
s.19
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pp.45-54
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2006
A steel frame is one of the most commonly used structural systems due to its resistance to various types of applied loads. Many studies have been conducted to investigate the effects of connection flexibility, support conditions, and beam-to-column stiffness ratio on the story drift of a frame. Based on the results of these studies, several design guides have been proposed. This research has been conducted to predict the actual behavior of a double angle connection, and to establish its effect on the story drift and the maximum allowable load of a steel frame. For these purposes, several experimental tests were conducted and a simplified analytical model was proposed. This simplified analytical model consists of four spring elements as well as a column member. In addition, a point bracing system was proposed to control the excessive story drift of an unbraced steel frame.
Yang, Gu Rok;Hwang, Young Seo;Song, Jun Yeup;Kwon, Young Bong
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.11
no.2
s.39
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pp.143-151
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1999
An analytical study on the behavior of composite beams, which are composed of cold-formed profiled steel sheeting and normal strength concrete, is described. An analytical method to trace the nonlinear behavior of a composite beam is developed to include the nonlinear material properties of steel sheeting, reinforcing steel bar and concrete. A simple Power Model has also been proposed for the nonlinear moment-curvature relation of the composite beam. The model, which has been originally used to predict the flexural capacity of the beam to column connections, is adapted to the composite beams. The load-deflection behavior of the beams has been simulated by the step-by-step numerical integration using the moment-curvature relation obtained by the Power Model. The results have been compared with test results.
This paper aims to explore the mechanical behavior and moment-rotation model of blind bolted joints between concrete-filled double skin steel tubular columns and steel-concrete composite beams. For this type of joint, the inner tube and sandwiched concrete were additionally identified as basic components compared with CFST blind bolted joint. A modified moment-rotation model for this type of connection was developed, of which the compatibility condition and mechanical equilibrium were employed to determine the internal forces of basic components and neutral axis. Following this, load transfer mechanism among the inner tube, sandwiched concrete and outer tube was discussed to assert the action area of the components. Subsequently, assembly processes of basic coefficients in terms of their stiffness and resistances based on the component method by simplifying them as assemblages of springs in series or in parallel. Finally, an experimental investigation on four substructure joints with CFDST columns for validation purposes was carried out to capture the connection details. The predicted results derived from the mechanical models coincided well with the experimental results. It is demonstrated that the proposed mechanical model is capable of evaluating the complete moment-rotation relationships of blind bolted CFDST column composite connections.
Previous theoretical equations for the shear capacity of steel beam to concrete filled steel tube (CFT) column connections vary in the assumptions for the shear deformation mechanisms and adopt different equations for calculating shear strength of each component (steel tube webs, steel tube flanges, diaphragms, and concrete etc.); thus result in different equations for calculating shear strength of the joint. Besides, shear force-deformation relations of the joint, needed for estimating building drift, are not well developed at the present. This paper compares previously proposed equations for joint shear capacity, discusses the shear deformation mechanism of the joint, and suggests recommendations for obtaining more accurate predictions. Finite element analyses of internal diaphragm connections to CFT columns were carried out in ABAQUS. ABAQUS results and theoretical estimations of the shear capacities were then used to calibrate rotational springs in joint elements in OpenSEES simulating the shear deformation behavior of the joint. The ABAQUS and OpenSEES results were validated with experimental results available. Results show that: (1) shear deformation of the steel tube dominates the deformation of the joint; while the thickness of the diaphragms has a negligible effect; (2) in OpenSEES simulation, the joint behavior is highly dependent on the yielding strength given to the rotational spring; and (3) axial force ratio has a significant effect on the joint deformation of the specimen analyzed. Finally, modified joint shear force-deformation relations are proposed based on previous theory.
This paper presents an experimental study on the behavior of CFT Column to H-Beam Endplate Connections with penetrated H/T bolts under monotonic loading. The object of this study is to estimate accurately the effect about the thickness of endplate and the arrangement of H/T bolts which was not got a grip on the results reported in the previous paper. Main parameters are the thickness of endplates (12mm, 16mm) and the arrangemement of H/T bolts (EP1, EP2, EP3 Type). The experimental results compared and analysed. 1) The specimens were classified by Bjorhovde's and EC3's method. 2) A formula to predict the ultimate moment of connection was derived based on the T-stub model, and theoretical value $(_tM_u)$ computed by the formula corresponded to the experimental value $(_eM_u)$.
Naserabad, Alifazl Azizi;Ghasemi, Mohammad Reza;Shabakhty, Naser;Arab, Hammed Ghohani
International journal of steel structures
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v.18
no.5
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pp.1639-1653
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2018
Bolted connections are suitable due to high quality prefabrication in the factory and erection in the workplace. Prefabrication and modularization cause high speed of erection and fabrication, high quality and quick return of investment. Their technical hitches transportation can be removed by prefabrication of joints and small fabrication of components. Box-columns are suitable members for bolted structures such as welded steel structures with moment frames in two directions etc., but their continual fabrication in multi-story buildings and performing the internal continuity plate in them will cause some practical dilemmas. The details of the proposal technique introduced here, is to remove such problems from the box columns. Besides, some other advantages include new prefabricated bolted beam-to-column connections referred to BBCC. This connection is a set of plates joined to columns, beams, support, and bolts. For a better understanding of its fabrication and erection techniques, two connection and one structural maquettes are made. The present work aims to study the cyclic behavior of connection numerically. To verify the accuracy of model, a similar tested connection was modelled. Its verification was then made through comparison with test results. The behavior of connection was evaluated for an exterior connection using three different support shapes. The effects of support shapes on rigidity, ductility, rotation capacity, maximum strength, four rad rotation strength were compared to those of the AISC seismic provision requirements. It was found that single beams support has all the AISC seismic provision requirements for special moment frames with and without a continuity plate, and box with continuity plate is the best support in the BBCC connection.
A GA-based optimum design algorithm and a program for plane steel frame structures with semi-rigid connections are presented. The algorithm is incorporated with the refined plastic hinge analysis method wherein geometric nonlinearity is considered by using the stability functions of beam-column members, and material nonlinearity, by using the gradual stiffness degradation model that includes the effects of residual stresses, moment redistribution through the occurrence of plastic hinges, semi-rigid connections, and geometric imperfection of members. In the genetic algorithm, the tournament selection method and micro-GAs are employed. The fitness function for the genetic algorithm is expressed as an unconstrained function composed of objective and penalty functions. The objective and penalty functions are expressed as the weight of steel frames and the constraint functions, respectively. In particular, the constraint functions fulfill the requirements of load-carrying capacity, serviceability, ductility, and construction workability. To verify the appropriateness of the present method, the optimal design results of two plane steel frames with rigid and semi-rigid connections are compared.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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