Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.33
no.8
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pp.819-825
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2009
An open frame structure is fastened by bolt joints for strength and shock attenuation. Therefore the full finite element model of an open frame structure should be properly modeled including bolt joints for strength analysis of the frames and joint assemblies which are operated under multi-loading conditions such as driving, drop, inertia and torsional loads. Then the joints and frames must satisfy the specified allowable strength constraints. Because the full finite element model has a large number of elements to perform strength analysis, a detailed fine bolt analysis seems to be very expensive. Therefore bolts of the full finite element model are approximately modeled by coupling method to constrain degree of freedoms between adjacent nodes. However, the coupling method can exaggerate stress results at the constrained nodes. Thus a detailed bolt analysis and a theoretical/experiential formula of bolts for a worst bolt joint are performed using reaction force applied both bolt and bolt joint. Finally, the results from the two methods are compared and discussed to verify the safety of the open frame structure.
An open frame structure is fastened by bolt joints for strength and shock attenuation. Therefore the full finite element model of an open frame structure should be properly modeled including bolt joints for strength analysis of the frames and joint assemblies which are operated under multi-loading conditions such as driving, drop, inertia and torsional loads. Then the joints and frames must satisfy the specified allowable strength constraints. Because the full finite element model has a large number of elements to perform strength analysis, a detailed fine bolt analysis seems to be very expensive. Therefore bolts of the full finite element model are approximately modeled by constraints equations to constrain degree of freedoms between adjacent nodes. However, the constraints equation method can exaggerate stress results at the constrained nodes. Thus a detailed bolt analysis and a theoretical/experiential formula of bolts for a worst bolt joint are performed using reaction force applied both bolt and bolt joint. Finally, the results from the two methods are compared and discussed to verify the safety of the open frame structure.
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.
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.
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.
Kim, Young-Ho;Yoo, Chan-Ho;Han, Beom-Seok;Kim, Seoung-Wook;Kim, Hong-Taek
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2009.09a
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pp.1530-1535
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2009
The cable bolt is useful underground space support system such as mining in Europe. In spite of favorable strength characteristics, past record of the cable bolt is rarely in Korea. In this study, to evaluate the mechanically characteristics the cable bolt on tunnel support system. To conduct the laboratory strength test in order to enquire material properties as reinforcement material and numerical analysis was performed considering laboratory test results. To estimate the behavior characteristics on tunnel system in which supported by the cable bolt system and compared the behavior characteristics with the rebar rock bolt system result.
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.
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.
Strengthening of hollow structural sections using through-bolts is a cost-effective and straightforward approach. It's a versatile method that can be applied during both design and service phases, serving as a non-disruptive and budget-friendly retrofitting solution. Existing research on axially loaded hollow sections T-joints has demonstrated that this technique can amplify the joint strength by 50%, where single bolt could enhance the strength of the joint by 35%. However, there's a gap in understanding their use for K-joints. As the behavior of K-joints is more complex, and they are widely existent in structures, this study aims to bridge that gap by conducting comprehensive parametric study using finite element analysis. Numerical investigation was conducted to evaluate the effect of through bolts on K-joints focusing on using single through bolt to achieve most of the strengthening effect. A full-scale parametric model was developed to investigate the effect of various geometric parameters of the joint. This study concluded the existence of optimal bolt location to achieve the highest strength gain for the joint. Moreover, a rigorous statistical analysis was conducted on the data to propose design equations to predict optimal bolt location and the corresponding strength gain implementing the verified by finite element models.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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