This paper presents an experimental study on the flexural capacity of an encased(slim-floor) composite beam, which is a wider plate under bottom flange of H-beam with web openings. Five simple full-scale bending tests were conducted on the encased(slim-floor) composite beams at varying steel beam heights (250mm and 300mm), positions of web openings, and loading conditions. The test results revealed that the web-open encased composite beam had sufficient composite action, without any additional shear connection devices, because of the inherent shear-bond effects between the steel beam and the concrete, and a stable structural performance without web-opening reinforcements.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.10
no.1
s.47
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pp.25-32
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2006
In this study the seismic performance of welded steel moment connections to built-up box columns in the existing building built before 1994 Northridge earthquake was evaluated by cyclic tests. According to the test results, the pre-Northridge steel moment connections to the box columns also suffered from brittle fracture similar to that in the H-shaped column connections. However, the flange force transfer mechanism of the box column connections was substantially different from that of the H-shaped column connections, and the patterns of crack propagation may be changed due to the shape of the box column. Therefore, it is required to develop proper details for the box column connections instead of using the research results for H-shaped column connections in order to enhance the seismic performance the connections.
This research carried out to optimize crossbeams and stringers of steel box girder bridges, which are parts of floor system and support loading from the bridge deck. In the current design practice, the crossbeam is densely deployed with a spacing of 6 meters, and the stringer is placed between the crossbeams. The crossbeams and stringer are connected to the deck through slab anchors but the allowable stress of the compression flange is determined by the lateral-torsional buckling. To increase economic efficiency of the steel box girder bridges. the increased spacing of the crossbeam was studied. The study shows that the spacing can be increased up to 10 meters. However, higher strength steel plates are necessary. Shear studs rather than slab anchors are also recommended to prevent lateral-torsional buckling strength of the crossbeams and stringer.
This paper theoretically studies the cyclic behavior of hybrid connections between steel coupling beams and concrete shear walls with embedded steel columns. Finite element models of connections with long and short embedded steel columns are built in ABAQUS and validated against the test results in the companion paper. Parametric studies are carried out using the validated FE model to determine the key influencing factors on the load-bearing capacity of connections. A close-form solution of the load-bearing capacity of connections is proposed by considering the contributions from the compressive strength of concrete at the interface between the embedded beam and concrete, shear yielding of column web in the tensile region, and shear capacity of column web and concrete in joint zone. The results show that the bond slip between embedded steel members and concrete should be considered which can be simulated by defining contact boundary conditions. It is found that the loadbearing capacity of connections strongly depends on the section height, flange width and web thickness of the embedded column. The accuracy of the proposed calculation method is validated against test results and also verified against FE results (with differences within 10%). It is recommended that embedded steel columns should be placed along the entire height of shear walls to facilitate construction and enhance the ductility. The thickness and section height of embedded columns should be increased to enhance the load-bearing capacity of connections. The stirrups in the joint zone should be strengthened and embedded columns with very small section height should be avoided.
Qiang, Xuhong;Wu, Nianduo;Jiang, Xu;Luo, Yongfeng;Bijlaard, Frans
International journal of steel structures
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v.18
no.4
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pp.1350-1362
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2018
Full-scale experimental study and numerical analysis on behaviors and failure mechanisms of full high strength steel extended endplate connections in fire have been carried out and presented in this paper. The experimental behaviors of the connections were compared with the provisions of Eurocode 3. The test results show that the failure modes of the connections in fire are bolt failure with yielding of the flange, as same as those at ambient temperature. The failures of the bolts in fire are ductile while they are brittle at ambient temperature. The rotation capacity of the connections in fire is proved sufficient. What is more, at elevated temperature $550^{\circ}C$, the plastic moment resistances of Q690 and Q960 full high strength steel endplate connections are only 40% of those at ambient temperature, while their initial rotation stiffness are 66 and 63% respectively. But the rotation capacities of Q690 and Q960 high strength steel endplate connections are 1.38 and 1.74 times of those at ambient temperature. Moreover, it is found that the component method Eurocode 3 proposed based on connections made of mild steels can be used to calculate plastic resistances and to predict failure modes of high strength steel endplate connections in fire, but it is not suitable to predict their stiffness. The suggestions about rotation capacity of connections in Eurocode 3 are found too conservative for high strength steel endplate connections in fire.
Ka, Hoon;Choi, Jin-Woo;Kim, Young-Ho;Park, Jong-Myen
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.42
no.1
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pp.1-9
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2022
Semi-integral abutment bridges are a type of integral abutment bridges. These bridges eliminate expansion joints on the structure and can be used in situations not suitable for full-integral abutment bridge. Moreover, Semi-integral bridges have excellent maintenance and can be economically constructed. This study is about precast wall-type blocks at each end which provide lateral support for PSC girder, as well as acting as retaining walls to resist longitudinal movement of semi-integral abutment bridge. The end-diaphragm connection between ended blocks of PSC girders can be achieved by in-suit nonshrinkage concrete. The results show that 3-point experiment of end-diaphragm beam have an acceptable performance which is so better than results of structural design. Moreover, the effects of backfill soil on semi-integral abutment bridge constructed are analyzed the behavior according to the temperature changes.
Connections with damage concentrated to pre-selected components can enhance seismic resilience for moment resisting frames. These pre-selected components always yield early to dissipate energy, and their energy dissipation mechanisms vary from one to another, depending on their position in the connection, geometry configuration details, and mechanical characteristics. This paper presents behaviour insights on two types of beam-to-beam connections that the angles were designed as energy dissipation components, through the results of experimental study and finite element analysis. Firstly, an experimental programme was reviewed, and key responses concerning the working mechanism of the connections were presented, including strain distribution at the critical section, section force responses of essential components, and initial stiffness of test specimens. Subsequently, finite element models of three specimens were established to further interpret their behaviour and response that were not observable in the tests. The moment and shear force transfer paths of the composite connections were clarified through the test results and finite element analysis. It was observed that the bending moment is mainly resisted by axial forces from the components, and the dominant axial force is from the bottom angles; the shear force at the critical section is primarily taken by the slab and the components near the top flange. Lastly, based on the insights on the load transfer path of the composite connections, preliminary design recommendations are proposed. In particular, a resistance requirement, quantified by a moment capacity ratio, was placed on the connections. Design models and equations were also developed for predicting the yield moment resistance and the shear resistance of the connections. A flexible beam model was proposed to quantify the shear resistance of essential components.
Kim, Lyang-Woon;Lee, Soo-Kueon;Lee, Jung-Yoon;Chung, Chang-Yong;Kim, Sang-Sik
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.21
no.3
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pp.319-326
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2009
Two parallel wide flange built-up beams are widely used as struts in resisting lateral earth pressure because of the effectiveness in structure and construction. In a certain structural system, the reinforced concrete columns are to be placed at the intersection where two perpendicular beams cross each other, the square part of the joint being filled with concrete. In the punching shear mechanism of the beam-column joint, the radial deformation caused due to shear cracking will be constrained by the spring action of the squarely encompassed beam flanges. As a result, the punching shear strength of the joint concrete can be expected to be increased. To verify this phenomenon experiments have been performed for various constraining elements and distances between columns and constraints. Test results are compared with the approximation analysis formula which has been proposed in this study, based on the code formula. The results calculated by the proposed equation show comparatively close agreement with the punching shear strength detected from the test.
Journal of Dental Rehabilitation and Applied Science
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v.22
no.4
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pp.329-340
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2006
Statement of problem: Damping of the peak force transmitted to implants has been reported by in vitro studies using impact forces on resin-veneered superstructures. Theoretical assumptions suggest that use of acrylic resin for the occlusal surfaces of a prosthesis would protect the connection between implant and bone. Therefore, the relationship between prosthesis materials and the force transmitted through the implant system also needs to be investigated under conditions that resemble the intraoral mechanical environment. Purpose: The purpose of this study was to analyze the fracture strength and modes of temporary prosthesis when a flange or occlusally extended structure were connected on the top of the abutment. Material and method: Modified abutments of winged and bulk design were made by casting the desired wax pattern which is made on the UCLA type plastic cylinder. Temporary crowns were made using templates on the modified abutments, and its fracture toughness and strain were compared to the traditional temporary prosthesis. To evaluate the effect of aging, 5.000 times of thermocycling were performed, and their result was compared to the 24hours specimen result. Results: The following conclusions were drawn from this study: 1. In the fracture toughness test, temporary crown's fracture line located next to the screw hole while modified designs with metal support showed fracture line on the metal and its propagation along the metal-resin interface. 2. Wing and bulk structure didn't show significant difference in the fracture toughness (p>0.05), but wing structure showed stress concentration on the screw hole area compared to bulk structure which showed even stress distribution. 3. In the fracture toughness test after thermocycling, wing and bulk structure showed increased or similar results in metal supported area while off-metal area and temporary crown showed decreased results. 4. In the strain measurement after thermocycling, its value increased in the temporary and bulk structure. However, wing structure showed decreased value in the loading point while increased value in the screw hole area. Conclusion: Wing type design showed compatible result to the bulk type that its application with composite resin prosthesis to the implant dentistry is considered promising.
A theoretical research project is undertaken to develop integrated analysis and design tools for long span composite beams in modern high-rise buildings, and it aims to develop non-linear finite element models for practical design of composite beams. As the first paper in the series, this paper presents the development study as well as the calibration exercise of the proposed finite element models for simply supported composite beams. Other practical issues such as continuous composite beams, the provision of web openings for passage of building services, the partial continuity offered by the connections to columns as well as the behaviour of both unprotected and protected composite beams under fires will be reported separately. In this paper, details of the finite elements and the material models for both steel and reinforced concrete are first described, and finite element studies of composite beams with full details of test data are then presented. It should be noted that in the proposed finite element models, both steel beams and concrete slabs are modelled with two dimensional plane stress elements whose widths are assigned to be equal to the widths of concrete flanges, and the flange widths and the web thicknesses of steel beams as appropriate. Moreover, each shear connector is modelled with one horizontal spring and one vertical spring to simulate its longitudinal shear and pull-out actions based on measured load-slippage curves of push-out tests of shear connectors. The numerical results are then carefully analyzed and compared with the corresponding test results in terms of load mid-span deflection curves as well as load end-slippage curves. Other deformation characteristics of the composite beams such as stress and strain distributions across the composite cross-sections as well as distributions of shear forces and slippages in shear connectors along the beam spans are also examined in details. It is shown that the numerical results of the composite beams compare well with the test data in terms of various load-deformation characteristics along the entire deformation ranges. Hence, the proposed analysis and design tools are considered to be simple and yet effective for composite beams with practical geometrical dimensions and arrangements. Structural engineers are strongly encouraged to employ the models in their practical work to exploit the full advantages offered by composite construction.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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