This study experimentally investigates the flexural behavior of steel-UHPC composite slabs composed of an innovative negative Poisson's ratio (NPR) steel plate and Ultra High Performance Concrete (UHPC) slab connected via demountable high-strength bolt shear connectors. Eight demountable composite slab specimens were fabricated and tested under traditional four-point bending method. The effects of loading histories (positive and negative bending moment), types of steel plate (NPR steel plate and Q355 steel plate) and spacings of high-strength bolts (150 mm, 200 mm and 250 mm) on the flexural behavior of demountable composite slab, including failure mode, load-deflection curve, interface relative slip, crack width and sectional strain distribution, were evaluated. The results revealed that under positive bending moment, the failure mode of composite slabs employing NPR steel plate was distinct from that with Q355 steel plate, which exhibited that part of high-strength bolts was cut off, part of pre-embedded padded extension nuts was pulled out, and UHPC collapsed due to instantaneous instability and etc. Besides, under the same spacing of high-strength bolts, NPR steel plate availably delayed and restrained the relative slip between steel plate and UHPC plate, thus significantly enhanced the cooperative deformation capacity, flexural stiffness and load capacity for composite slabs further. While under negative bending moment, NPR steel plate effectively improved the flexural capacity and deformation characteristics of composite slabs, but it has no obvious effect on the initial flexural stiffness of composite slabs. Meanwhile, the excellent crack-width control ability for UHPC endowed composite members with better durability. Furthermore, according to the sectional strain distribution analysis, due to the negative Poisson's ratio effect and high yield strength of NPR steel plate, the tensile strain between NPR steel plate and UHPC layer held strain compatibility during the whole loading process, and the magnitude of upward movement for sectional plastic neutral axis could be ignored with the increase of positive bending moment.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.11
no.3
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pp.229-237
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2011
The pullout test is a nondestructive testing method certified by the American Society for Testing and Materials (ASTM) and British Standards (BS). Research has shown that it is very reliable in terms of evaluating the concrete strength of reinforced concrete members. However, the pullout test is rarely performed on domestic construction sites due to the complex procedures and high costs involved. This study proposes a new pullout test composed of a post installable break-off bolt, an insert nut, and a pullout tester, which satisfy both economical and practical purposes on a construction site. Three different types of special fastening methods, a temporary fixed bolt, a plastic fixed panel, and a fixed bar, have been developed. A pullout tester is proposed that is driven by the circle force introduced into a handle composed of eight gears without a load cell and a hydraulic cylinder. The serviceability and reliability of these instruments were investigated through experiments at construction sites. Furthermore, the sample pullout test with a wall specimen was conducted to estimate the usefulness of the temporary fixed bolt type of fastening methods and pullout devices. Eventually, the developed instruments will be useful on construction sites if minor requirements are met.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.31
no.3A
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pp.189-198
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2011
Although high strength bolts with tensile strength of 1,000 MPa are mainly used in steel structure construction sites throughout the world, new high strength bolts are required owing to the installation of continuous long-span bridges resulting from the development and distribution of high strength steel and ultra-thick steel plates. Currently, high strength bolts with tensile strength of 1,300 MPa are being used. However, as they tend to place a large load on a small section of space, a high strength bolt of high structural performance and screw thread shape with less stress concentration is thought to be more effective. This study conducted analyses in order to develop an improved screw thread shape relative to the KS screw thread shape. A new screw thread shape with less stress concentration and effective load distribution at the time of fastening bolts and nuts was provided upon analysis of the characteristics of screw thread shape. Additionally, in an experimental study, the structural performance of high strength bolts with tensile strength of 1,300 MPa was investigated. The results revealed that the new screw thread shape was more effective than the existing screw thread shape in terms of structural performance and mitigating the stress concentration.
Extended end-plate connections(EEPC) are a type of connection applied in Pre-Engineered Building structures comprising beam-column connections of steel structures or tapered members. Extended end-plate connections(EEPC) show different behavioral characteristics owing to the influence of plate thickness, gauge distance of high strength bolt, diameter of high strength bolt frame, and the number of high strength bolts. In the USA and Europe, extended end-plate connections(EEPC) are applied in beam-column connections of steel structures in various forms; however, these are not widely applied in structures in Korea.This can be attributed to the fact that the proposal of design strength types for extended end-plate connections(EEPC), proposal of connection specifications, evaluation of seismic performance, and are not being performed appropriately. Therefore, the purpose of this study is to provide basic data for the domestic application of Unstiffened extended endplate connections. To realize this, nonlinear finite element analysis was conducted on a 12-mm thick Unstiffened extended endplate connections.
Shear connections in steel structures should satisfy dual criteria of shear strength and rotational flexibility and ductility. The connection should be strong enough to transfer the shear reaction of the beam, and should have sufficient rotational flexibility and ductility to rotate easily and supply the end rotation demand of the beam. This paper is concerned with the behavior of double-angle shear connections where the parameters are numbers of high strength bolts, bolt pitch, the length of angle leg, and connection method. An experimental investigation of shear connection was conducted by testing 12 beam-to-column joint specimens. Based on experimental and analytical study, the failure modes are developed and proposed design formulas.
The conception and experimental assessment of a removable friction-based shear connector (FBSC) for precast steel-concrete composite bridges is presented. The FBSC uses pre-tensioned high-strength steel bolts that pass through countersunk holes drilled on the top flange of the steel beam. Pre-tensioning of the bolts provides the FBSC with significant frictional resistance that essentially prevents relative slip displacement of the concrete slab with respect to the steel beam under service loading. The countersunk holes are grouted to prevent sudden slip of the FBSC when friction resistance is exceeded. Moreover, the FBSC promotes accelerated bridge construction by fully exploiting prefabrication, does not raise issues relevant to precast construction tolerances, and allows rapid bridge disassembly to drastically reduce the time needed to replace any deteriorating structural component (e.g., the bridge deck). A series of 11 push-out tests highlight why the novel structural details of the FBSC result in superior shear load-slip displacement behavior compared to welded shear studs. The paper also quantifies the effects of bolt diameter and bolt preload and presents a design equation to predict the shear resistance of the FBSC.
In this study, the finite element analysis using joint elements, bolt elements, and shell elements is presented to investigate the behavior of bolted connections. The contact of plates and the high-strength, pretensioned bolts are simply idealized by joint elements and bolt elements, respectively. The initial stiffness is determined through the presented method and the non-linear analysis is archived by a constant-arc-length method based on Newton-Raphson method. The analysis results of a semi-rigid connection(web & flange angles) and a moment connection (shear & moment plates) demonstrate the exactness and applicability of the presented method. And the results indicates that the consideration of slip and 3-dimensional deformation is needed for an accurate prediction of bolted connections.
The cone bolts with expanded front ends supply improved anchoring performances and increase energy absorbing capacities due to ploughing in the grouted drills. Within this study, use of a novel energy absorber for the cone bolt heads were investigated to assess its design in terms of supplying high support performances. Additionally, different grout material designs were tested to investigate whether the energy absorption capacities of the rock bolts can be improved using a silicone based thermoset polymer (STP) additive. To determine load bearing and energy absorption capacities, a series of deformation controlled pull-out tests were carried out by using bolt samples grouted in rock blocks. According to the results obtained from this study, maximum load bearing capacities of cone bolts are similar and mostly depend on the steel material strength, whereas the energy absorption capacity was determined to significantly vary in accordance with the displacement limits of the shanks. As a result of using STP additive and new polyamide absorber rings, displacement limits without the steel failure increase. The STP additive was found to improve the energy absorption capacities of grouted cone bolts. The absorber rings designed within this study were also assessed to be highly effective and able to double up the energy absorption capacities of the cone bolts.
Lee, H.J.;Anaman, Sam Yaw;Choi, J.M.;Lee, K.H.;Park, L.J.;Cho, H.H.
Transactions of Materials Processing
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v.31
no.3
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pp.151-159
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2022
Ti alloys are used in a wide range of applications, especially for aviation and medical purposes, because of their high specific strength and excellent corrosion properties. When subjected to various manufacturing processes, one of the most popular Ti alloys, Ti-6Al-4V, exhibits a variety of microstructural and mechanical properties that makes it an attractive lightweight metal. The purpose of this study was to analyze the microstructure and mechanical properties of Ti alloy wires. Subsequently, the microstructure and electrochemical behavior of Ti alloy bolts produced from these wires were analyzed. The Ti alloy wires are manufactured with different diameters (6.22, 7.81 mm alloys), and their microstructures are measured using electron backscatter diffraction. Recrystallization was observed to occur significantly in the 7.81 alloy than in the 6.81 alloy, and the strain distribution of 7.81 alloy is seen to be likely more uniform than 6.22 alloy. Ti alloy bolt was then forged under moderate temperature by using the 7.81 alloy. Results of the electrochemical analysis indicate that the Ti alloy bolt has excellent corrosion resistance.
To increase the stiffness and strength of a reinforced concrete shear wall, steel plates are bolted to the sides of the wall. The general behavior of a composite concrete-steel shear wall is dependent on the buckling of the steel plates that should be prevented. In this paper, the unilateral buckling of steel plates of a composite shear wall is studied using the Rayleigh-Ritz method. To model the unilateral buckling of steel plate, the restraining concrete wall is described as an elastic foundation with high stiffness in compression and zero stiffness in tension. To consider the effect of bolt connections on the plate's buckling, a constrained optimization problem is solved by using Lagrange multipliers method. This process is used to obtain the critical elastic local buckling coefficients of unilaterally-restrained steel plates with various numbers of bolts, subjected to pure compression, bending and shear loading, and the interaction between them. Using these results, the spacing between shear bolts in composite steel plate shear walls is estimated and compared with the results of the AISC seismic provisions (2016). The results show that the AISC seismic provisions(2016) are overly conservative in obtaining the spacing between shear bolts.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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