The static behavior of grouped large-headed studs (d = 30 mm) embedded in ultra-high performance concrete (UHPC) was investigated by conducting push-out tests and numerical analysis. In the push-out test, no splitting cracks were found in the UHPC slab, and the shank failure control the shear capacity, indicating the large-headed stud matches well with the mechanical properties of UHPC. Besides, it is found that the shear resistance of the stud embedded in UHPC is 11.4% higher than that embedded in normal strength concrete, indicating that the shear resistance was improved. Regarding the numerical analysis, the parametric study was conducted to investigate the influence of the concrete strength, aspect ratio of stud, stud diameter, and the spacing of stud in the direction of shear force on the shear performance of the large-headed stud. It is found that the stud diameter and stud spacing have an obvious influence on the shear resistance. Based on the test and numerical analysis results, a formula was established to predict the load-slip relationship. The comparison indicates that the predicted results agree well with the test results. To accurately predict the shear resistance of the stud embedded in UHPC, a design equation for shear strength is proposed. The ratio of the calculation results to the test results is 0.99.
In recent years, the availability of high-strength reinforcing and prestressing steels leads us to build economically and efficiently designed concrete structural members. One of critical problems faced to the structural engineers dealing with these types of structural member is controls of crack width that is used as a criterion for the serviceability in the limit state design. Especially, flexural cracking must be controlled to secure the structural safety and to improve the durability as well as serviceability of the load carving members. The proposed method utilizes the results of pure tension test in which tensile loads are applied both side of specimen, done by Ikki. The bond characteristics of deformed reinforcing bar under pure tension is considered by the area of concrete and rib area. The results of proposed method are compared with the test data and the results show that the proposed method can take into account the dimensions, variation of sectional properties, and direction of reinforcing and gives more accurate maximum bond stress and corresponding relative slip than the existing methods. the characteristics of bonding is considered by using dimensionless slip magnitude and effective reinforcement ratio. The validity of the proposed equation is verified by test experimental data.
Jung, Dae Sung;Park, Se-Hyun;Kim, Tae Hyeong;Kim, Chul Young
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.42
no.6
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pp.751-762
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2022
Welded head studs are mainly used as shear connectors to bond steel girders and concrete slabs in steel-concrete composite bridges. For welded shear connectors, environmental problems include noise and scattering dust which are generated during the removal of damaged or aged slabs. Therefore, it is necessary to develop demountable shear connectors that can easily replace aged concrete slabs for efficient maintenance and thus for better management of environmental problems and life cycle costs. The buried nut method is commonly studied in relation to bolted shear connectors, but this method is not used in civil structures such as bridges due to low rigidity, low shear resistance, and increased initial slip. In this study, in order to mitigate these problems, a demountable bolted shear connector is proposed in which the buried nut is integrated into the stud column and has a tapered shape at the bottom of an enlarged column shank. To verify the performance of the proposed demountable stud bolts in terms of static shear strength and slip displacement, a horizontal shear test was conducted, with the performance outcomes compared to those of conventional welded studs. It was confirmed that the proposed demountable bolted shear connector is capable of excellent shear performance and that it satisfies the slip displacement and ductility design criteria, meaning that it is feasible as a replacement for existing welding studs.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.23
no.2
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pp.153-164
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2023
The objective of this study is to examine the removal rate of air pollutants, specifically sulfur oxides (SOx) and nitrogen oxides(NOx), using concrete permeable blocks containing zeolite beads coated with materials capable of eliminating these pollutants. Titanium dioxide(TiO2) powder and coconut shell powder were utilized for the removal of SOx and NOx and were applied as coatings on the zeolite beads. Concrete permeable block specimens embedded with the coated zeolite beads were produced using an actual factory production line. Test results demonstrated that the concrete permeable block containing zeolite beads coated with coconut shell powder in the surface layer achieved SOx and NOx removal rates of 12.5% and 99%, respectively, exhibiting superior performance compared to other blocks. Additionally, the flexural strength and slip resistance were 5.3MPa and 65BPN or higher, respectively, satisfying the requirements specified in KS F 4419 and KS F 4561. Conversely, the permeability coefficient exhibited low permeability, with grades 2 and 3 before and after contaminant pollution, according to the standard for 'design, construction, and maintenance of pavement using permeable block'. In conclusion, incorporating zeolite beads coated with coconut shell powder in the surface layer enables simultaneous removal of SOx and NOx, irrespective of ultraviolet rays, while maintaining adequate flexural strength and slip resistance. However, the permeability is significantly reduced, necessitating further improvements.
Column base connections are critical components in steel structures because they transfer axial forces, shear forces and moments to the foundation. Exposed column bases are quite commonly used in low- to medium-rise buildings. To investigate shear transfer in exposed column base plates, four large scale specimens were subjected to a combination of axial load (compression or tension) and lateral shear deformations. The main parameters examined experimentally include the number of anchor rod, arrangement of anchor rod, type of lateral loading, and axial force ratio. It is observed that the shear resisting mechanism of exposed column base changed as the axial force changed. When the axial force is in compression, the resisting mechanism is rotation type, and the shear force will be resisted by friction force between base plate and mortar layer. The specimens could sustain inelastic deformation with minimal strength deterioration up to column rotation angle of 3%. The moment resistance and energy dissipation will be increased as the number of anchor rods increased. Moreover, moment resistance could be further increased if the anchor rods were arranged in details. When the axial force is in tension, the resisting mechanism is slip type, and the shear force will be resisted by the anchor rods. And the shear resistance was reduced significantly when the axial force was changed from compression to tension. The test results indicated that the current design approach could estimate the moment resistance within reasonable acceptance, but overestimate the shear resistance of exposed column base.
Oehlers, Deric John;Ahmed, Marfique;Nguyen, Ninh T.;Bradford, Mark Andrew
Structural Engineering and Mechanics
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v.10
no.3
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pp.227-243
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2000
In a companion paper, tests on bolted side plated beams have shown that side plates can substantially increase the strength of existing reinforced concrete beams with little if any loss of ductility and, furthermore, induce a gradual mode of failure after commencement of concrete crushing. However, it was also shown that transverse interaction between the side plates and the reinforced concrete beam, that is vertical slip and which is a concept unique to side plated beams, is detrimental. Transverse interaction increases the forces on the bolt shear connectors and, hence, weakens the beam. It also reduces the ability of the composite plated beam to yield and, hence, to attain its full flexural capacity. The generic concept of transverse interaction will be described in this paper and the results used to develop a new form of rigid plastic analysis for bolted side plated beams which is illustrated with an application.
Magnesium alloys are of emerging interest in the automotive, aerospace and electronic industries due to their light weight, high specific strength, damping capacity, etc. However, practical applications are limited because magnesium alloys have poor formability at room temperature due to the lack of slip systems and the formation of basal texture, both of which characteristics are attributed to the hcp crystal structure. Fortunately, many magnesium alloys, even commercialized AZ or ZK series alloys, exhibit superplastic behavior and show very large tensile ductility, which means that these materials have potential application to superplastic forming (SPF) of magnesium alloy sheets. The SPF technique offers many advantages such as near net shaping, design flexibility, simple process and low die cost. Superplasticity occurs in materials having very small grain sizes of less than $10{\mu}m$ and these small grains in magnesium alloys can be achieved by thermomechanical treatment in conventional rolling or extrusion processes. Moreover, some coarse-grained magnesium alloys are reported to have superplasticity when grain refinement occurs through recrystallization during deformation in the initial stage. This report reviews the characteristics of superplastic magnesium alloys with high-strain rate and coarse grains. Finally, some examples of SPF application are suggested.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2010.02a
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pp.61-61
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2010
In the present work, we present the optimized the hybrid structures of carbon nanotubes (CNTs) and metal nanocomposites including Cu, Al, Co and Ni using the first principle calculations based on the density functional theory. Introduction of CNTs into a metal matrix has been considered to improve the mechanical properties of the metal matrix. However, the binding energy between metals and pristine CNTs wall is known to be so small that the interfacial slip between CNTs and the matrix occurs at a relatively low external stress. The application of defective or functionalized CNTs has thus attracted great attention to enhance the interfacial strength of CNT/metal nanocomposites. Herein, we design the various hybrid structures of the single wall CNT/metal complexes and characterize the interaction between single wall CNTs and various metals such as Cu, Al, Co or Ni. First, differences in the binding energies or electronic structures of the CNT/metal complexes with the topological defects, such as the Stone-Wales and vacancy, are compared. Second, the characteristics of functionalized CNTs with various surface functional groups, such as -O, -COOH, -OH interacting with metals are investigated.We found that the binding energy can be enhanced by the surface functional group including oxygen since the oxygen atom can mediate and reinforce the interaction between carbon and metal. The binding energy is also greatly increased when it is absorbed on the defects of CNTs. These results strongly support the recent experimental work which suggested the oxygen on the interface playing an important role in the excellent mechanical properties of the CNT-Cu composite[1].
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.33
no.1
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pp.181-194
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2013
Landslides are known as gravitational mass movements that can carry the flow materials ranging in size from clay to boulders. The various types of landslides are differentiated by rate and depositional features. Indeed, flow characteristics are observed from very slow-moving landslides (e.g., mud slide and mud flow) to very fast-moving landslides (e.g., debris avalanches and debris flows). From a geomechanical point of view, shear-rate-dependent shear strength should be examined in landslides. This paper presents the design of advanced ring-shear apparatus to measure the undrained shear strength of debris flow materials in Korea. As updated from conventional ring-shear apparatus, this apparatus can evaluate the shear strength under different conditions of saturation, drainage and consolidation. We also briefly discussed on the ring shear apparatus for enforcing sealing and rotation control. For the materials with sands and gravels, an undrained ring-shear test was carried out simulating the undrained loading process that takes place in the pre-existing slip surface. We have observed typical evolution of shear strength that found in the literature. This paper presents the research background and expected results from the ring-shear apparatus. At high shear speed, a temporary liquefaction and grain-crushing occurred in the sliding zone may take an important role in the long-runout landslide motion. Strength in rheology can be also determined in post-failure dynamics using ring-shear apparatus and be utilized in debris flow mobility.
Nah, Hwan Seon;Lee, Hyeon Ju;Kim, Kang Seok;Kim, Jin Ho;Kim, Woo Bum
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.20
no.3
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pp.399-407
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2008
The clamping of torque shear bolt is based on KS B 2819. It was misunderstood that the tension force of the TS bolt was induced generally at the break of pin-tail specified. However, the clamping forces on slip critical connections do not often meet the intended tension, as it considerably varies due to torque coefficient dependent on temperature variables despite the break of the pin tail. In this study, the tension of torque shear bolts were compared with two types of high-strength hexagon bolts by temperature parameters from ${-10^{\circ}C}$ to ${50^{\circ}C}$. Torque shear bolts showed that the average clamping force increased to 20kN as the temperature increased. In case of galvanized high-strength hexagon bolts, the average clamping forces at $0^{\circ}C$, $20^{\circ}C$, $50^{\circ}C$ were recorded over standard bolt tension, 178kN, and the worst standard deviation was 50kN. In case of high-strength hexagon bolts, ave rage clamping forces increased as the temperature went up, and the worst standard deviation was 33kN lower than that of galvanized high-strength hexagon bolts. As for the turn-of-the-nut method, at nut rotation of ${90^{\circ}}$, two types of high-strength hexagon bolts did not met the intended design bolt in tension, 162kN.it is neccessary to re-evaluate the range of turn of nut, ${120^{\circ}{\pm}30^{\circ}}$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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