A single plate connection(SPC) consists of a plate welded to the columns and bolts connected to the beam web. The SPC is widely used for a simple shear connection of steel structure because it is easy-to-fabricated, easy-to-installed and economical. The conventional SPC is used for 2 to 12 bolts in a single vertical row. It is designed to limit the plate thickness by bolt diameter to obtain flexible and ductile connections. The design strength for eccentric shear shall be the lesser of the shear strength of bolts or bearing strength of plate and when the design strength is decided by edge distance failure, the results can be very conservative. Although the research on special solution for 'weak-plate/strong-bolt' model with 2 to 4 bolts has been conducted by L. S. Muir, and W. A. Thonton, 2004, study on generalized design procedures did not conduct. This study proposed design procedure for evaluation of the design strength of eccentric shear bolt groups on a single plate connection based on the actual edge distance and the direction of bolt reaction forces by using elastic vector method(EVM) and instantaneous center of rotation method(ICM).
This paper presents a study on the behavior and design of bolted stainless steel plates under in-plane tension. Using an experimentally validated finite element (FE) program strength of stainless steel bolted plates under tension is examined with an emphasis on plate bearing mode of failure. A numerical parametric study was carried out which includes examining the behavior of stainless steel plate models with various proportions, bolt locations and in two different material grades. The models were designed to fail particularly in bolt tear-out and material piling-up modes. In the numerical simulation of the models, non-linear stress-strain material behavior of stainless steel was considered by using expressions which represent the full range of strains up to the ultimate tensile strain. Using the results of the parametric study, the effect of variations in bolt positions, such as end and edge distance and bolt pitch distance on bearing resistance of stainless steel bolted plates under in-plane tension has been investigated. Finally, the results obtained are critically examined using design estimations of the currently available international design guidance.
To study the bearing characteristics of glass fiber reinforced glulam for structural design, bearing strength tests were performed. Bearing loads were applied in the direction parallel to the grains, and the holes were prepared in such a way that the bolts would bear and support all the layers. The yield bearing strengths of the glass fiber reinforced glulam were found to be similar to those of the non-reinforced glulam, and were almost constant regardless of increases in bolt diameter. The ratio of the experimental yield bearing strength to the estimated bearing strength according to the suggested equation of the Korea Building Code and National Design Specification was 0.91~1.03. For the non-reinforced glulam and the sheet glass fiber reinforced plastic glulam, the maximum bearing load was measured according to the splitting fracture of specimens under bolt. The textile glass fiber reinforced glulam underwent only an embedding failure caused by the bearing load. The failure mode of reinforced glulam according to bearing load will influence the failure behavior of bolted connection, and estimating the shear yield strength of the bolted connection of the reinforced glulam is necessary, not only by using the bearing strength characteristics but also using the fracture toughness of the reinforced glulam.
The results of a series of finite element (FE) simulations and experimental studies are used to develop strength and stiffness models that predict the failure capacity and response characteristics of unstiffened extended endplate connections with circular and rectangular bolt configurations associated with deep girders. The proposed stiffness models are composed of multi-linear springs which model the overall extended endplate/column flange system deformation and strength of key-components. Comparison of model predictions with FE and experimental results available in the literature show that the proposed models accurately predict the strength and the response of extended endplate/column system with circular and rectangular bolt configurations. The effect of the bolt configuration (circular and rectangular) on the prying phenomenon encountered in the unstiffened extended endplate/column system was investigated. Based on FE results, extended endplate with circular bolt configuration has a more ductile behavior and exhibits higher total prying forces. The proposed models can be used to design connections that cover all possible failure modes for extended endplate with circular bolt configuration. This study provides guidelines for engineers to account for the additional forces induced in the tension bolts and for the maximum rotational capacity demand in the connection which are required for seismic analysis and design.
In this study, a tensile test and FE analysis were conducted on a bolt-connected L-shaped flange to evaluate its behavior and load resistance. A total of five specimens were manufactured using the inner and outer distances and bolt diameters of the L-type flange as experimental variables. As a result of the tensile test of the L-shaped flange, as the internal and external length ratio (b/a) increased, the maximum load decreased and the maximum displacement increased. As the diameter (d) of the bolt increased, the maximum load and the deformation of the wall increased. The shapes of the destruction specimens showed two forms of destruction: one due to the fall of the nut and the surrender of the bolt as the thread of the bolt and nut was worn out, followed by the surrender of the wall. As a result of FE analysis, it was found that elasto-plastic model (EPM) analysis similarly tracks the behavior of the tensile test results.
Composite beams using bolts to attach steel plates to the side faces of existing reinforced concrete (RC) coupling beams can enhance both their strength and deformability. The behavior of those composite beams differs substantially from the behavior of typical composite beams made up of steel beams and concrete slabs. The former are subjected to longitudinal, vertical and rotational slips, while the latter only involve longitudinal slip. In this study, a mixed analysis method was adopted to develop the fundamental equations for accurate prediction of the load-carrying capacity of steel plate strengthened RC coupling beams. Then, a rigid plastic analysis technique was used to cope with the full composite effect of the bolt group connections. Two theoretical models for the determination of the strength of medium-length plate strengthened coupling beams based on mixed analysis and rigid plastic methods are presented. The strength of the strengthened coupling beams is derived. The vertical and longitudinal slips of the steel plates and the shear strength of the anchor-bolt connection group is considered. The theoretical models are validated by the available experimental results presented in a companion paper. The strength of the specimens predicted from the mixed analysis model is found to be in good agreement with that from the experimental results.
The end plate connection is applied to beam-column moment connections in various forms. Such end plate connection displays changes in the behavioral characteristics, strength and stiffness, and energy dissipation capacity based on the thickness and length of the end plate, the number and diameter of the high strength bolt, the gauge distance of the high strength bolt, prying action force of the high strength bolt, and dimensions and length of the welds. Accordingly, this study has apprehended the axial tensile stiffness and prying action force of the high strength bolt connected on the tensile side based on the difference in thickness of the end plate, and was conducted to propose an analysis model for the prediction of such variables that affect the operating properties of the end plate. To achieve this, this study has conducted a three-dimensional non-linear finite-element analysis of the unstiffened expanding end plate connection by selecting only the thickness of the end plate as the variable.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1993.10a
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pp.181-185
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1993
A useful finite element method to determine the stiffness of assembled member by stud bolt was introduced in this paper. Since threads on clamped members and stud bolts may produce different stress distribution, brief theories and equations based on bolt and nut may produce less conservative results or, this case. A finite element model using non-linear gap element was indtroduced to find out the basic feature of stress distribution caused by threads on both stud and member.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.31
no.3
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pp.246-259
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2011
This study presents a structural health monitoring (SHM) method for bolted connections by using multi-channel wireless impedance sensor nodes and multiple PZT-interfaces. To achieve the objective, the following approaches are implemented. Firstly, a PZT-interface is designed to monitor bolt loosening in bolted connection based on variation of electro-mechanical(EM) impedance signatures. Secondly, a wireless impedance sensor node is designed for autonomous, cost-efficient and multi-channel monitoring. For the sensor platform, Imote2 is selected on the basis of its high operating speed, low power requirement and large storage memory. Finally, the performance of the wireless sensor node and the PZT-interfaces is experimentally evaluated for a bolt-connection model Damage monitoring method using root mean square deviation(RMSD) index of EM impedance signatures is utilized to estimate the strength of the bolted joint.
The high-temperature material properties of steel are very important to the fire resistance analysis of high-strength bolt connections. This paper reports on the results of the experimental studies on the high-temperature properties of 20 MnTiB steel which is widely used in high-strength bolts, and the friction coefficient of 16Mn steel plates at elevated temperature which is a necessary parameter for bolted frictional connection analysis. The test data includes yield strength, limit strength, modulus of elasticity, elongation and expansion coefficient of 20MnTiB steel at elevated temperature, and the friction coefficients between two 16Mn steel plates under elevated temperatures and after cooling. Based on the data from the tests, the mathematical models for predicting the mechanical properties of 20MnTiB steel and friction coefficients of 16Mn steel plates have been established.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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