Gao, Yanmei;Fan, Liang;Yang, Weipeng;Shi, Lu;Zhou, Dan;Wang, Ming
Steel and Composite Structures
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v.45
no.3
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pp.425-436
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2022
The mechanical behaviors of the prefabricated steel-concrete composite beams are usually affected by the strength and the number of shear studs. Furthermore, the discrete degree of the arrangement for shear stud clusters, being defined as the clustering degree of shear stud λ in this paper, is an important factor for the mechanical properties of composite beams, even if the shear connection degree is unchanged. This paper uses an experimental and calculation method to investigate the influence of λ on the mechanical behavior of the composite beam. Five specimens (with different λ but having the same shear connection degree) of prefabricated composite beams are designed to study the ultimate supporting capacity, deformation, slip and shearing stiffness of composite beams. Experimental results are compared with the conventional slip calculation method (based on the influence of λ) of prefabricated composite beams. The results showed that the stiffness in the elastoplastic stage is reduced when λ is greater than 0.333, while the supporting capacity of beams has little affected by the change in λ. The slip distribution along the beam length tends to be zig-zagged due to the clustering of studs, and the slip difference increases with the increase of λ.
Use of composite steel construction with precast hollow core slabs is now popular in the UK, but the present knowledge in shear capacity of the headed shear studs for this type of composite construction is very limited. Currently, all the information is based on the results obtained from experimental push-off tests. A finite element model to simulate the behaviour of headed stud shear connection in composite beam with precast hollow core slabs is described. The model is based on finite element method and takes into account the linear and non-linear behaviour of all the materials. The model has been validated against the test results, for which the accuracy of the model used is demonstrated. Parametric studies showing the effect of the change in transverse gap size, transverse reinforcement diameter and in-situ concrete strength on the shear connection capacity are presented.
Exterior beam-column joints are structural elements that ensure connection between beams and columns. The joint strength is generally assumed to be governed by the structural element of lowest load capacity (beam or column), however, the joint may be the weakest link. The joint shear behavior is still not well understood due to the influence of several variables, such as geometry of the connection, stress level in the column, concrete strength and longitudinal beam reinforcement. A parametrical study based only on experiments would be impracticable and not necessarily exposes the failure mechanisms. This paper reports on a set of numerical simulations conducted in DIANA$^{(R)}$ software for the investigation of the shear strength of exterior joints. The geometry of the joints and stress level on the column are the variables evaluated. Results have led to empirical expressions that provide the shear strength of unreinforced exterior beam-column joints.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1999.10a
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pp.419-422
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1999
This study was intended to investigate the cyclic behavior of high strength concrete beam-column connection. Four assemblies were designed 2/3 scale beam-column-slab joint and tested. The obtained results are follows. 1) The transverse beams increase the shear resistance and ductility of joint, 2) The slab was contributed to increase of the flexural capacity of the beam, but was not contributed to increase the joint ductility under lateral loads.
This study examined the one-way shear in concrete beam region and shear friction in joint region of a hybrid H-steel-reinforced concrete (HSRC) beam system with a simple ductile connection. One-way shear tests were conducted under overhanging beam system with a shear span-to-depth ratio of 1.6. Simple beams for shear friction were tested under two-point symmetrical top loads producing a clear shear span-to-depth ratio of 0.1. Test results showed that the dowel bars arranged in joint region insignificantly influence the propagation of shear cracks but enhances the shear strength of the HSRC beams by approximately 25%. The one-way shear strength and shear friction strength of HSRC beams can be conservatively evaluated using the design equations specified in ACI 318-14 and EC2 shear provisions.
Cross-laminated timber (CLT) is a relatively new engineered wood for timber construction. It is a great shear wall material. It was known that the shear performance of the CLT wall depends on the performance of connections. In connection, nail or screw has to be installed with a certain distance from the end of the timber. Current building code specifies the distance on the name of end distance. The end distance was decided as a minimum distance not to make splitting or tearing out in lumber or glued laminated timber. As a relatively new engineered wood, the end distance of CLT connection need to be identified because CLT is cross-wisely glued lumber products like plywood. Different from glued laminated timber or lumber, cross layer of CLT may prevent wood from splitting or tearing-out. As a result, the end distance of CLT was expected to be reduced than glued laminated timber. The shorter end distance may let more versatile connector design possible. In this study, prior to developing novel connection for CLT, the end distance of CLT connection was experimentally investigated to identify the end distance limitation. The experiments showed that the end distance can be reduced from 7D to 6D, in case of the tested CLT combination and screw in this study.
Resin Transfer Molding FRP (RTM FRP) is a fiber reinforced polymeric plastic which is manufactured by applying pressure to fibers, injecting resin into a mold, and then impregnating it. RTM FRP is a new construction material suitable for producing non-continuum structural elements such as sole plate because it has excellent strength and can produce many members in a short time. In this study, experiments were conducted to estimate the capacity of the bolted connection of RTM FRP. First, a tensile test was conducted to confirm the mechanical properties such as the tensile strength of the RTM FRP to be used for the bolted connection experiments. In addition, experiments were conducted on the bolted connection with the thickness of the RTM FRP and the edge distance of the bolt as variables. In the first experiment, F4.8 bolts were used, and shear failure of the bolt occurred before the RTM FRPs were failed. The F4.8 bolt is a general structural bolts used for the sole plate of a bridge bearing, and it was confirmed that the RTM FRP has a higher bold bearing strength than the shear strength of a F4.8 bolt. In the second experiment, G12.9 bolts were used, and shear failure of the bolt and bearing failure of the RTM FRP occurred simultaneously. In addition, as the thickness of the RTM FRP and the edge length of the bolt increased, the strength of the joint increased. When analogized with the bearing fracture equation of steel plate, the bolted connection of RTM FRP showed a bearing strength coefficient of 0.420 to 0.549 compared to the tensile strength, and it is considered that further research is needed.
Wei, Xing;Shariati, M.;Zandi, Y.;Pei, Shiling;Jin, Zhibin;Gharachurlu, S.;Abdullahi, M.M.;Tahir, M.M.;Khorami, M.
Steel and Composite Structures
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v.27
no.3
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pp.389-399
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2018
A perforated shear connector group is commonly used to transfer shear in steel-concrete composite structures when the traditional shear stud connection is not strong enough. The multi-hole perforated shear connector demonstrates a more complicated behavior than the single connector. The internal force distribution in a specific multi-hole perforated shear connector group has not been thoroughly studied. This study focuses on the load-carrying capacity and shear force distribution of multi-hole perforated shear connectors in steel-concrete composite structures. ANSYS is used to develop a three-dimensional finite element model to simulate the behavior of multi-hole perforated connectors. Material and geometric nonlinearities are considered in the model to identify the failure modes, ultimate strength, and load-slip behavior of the connection. A three-layer model is introduced and a closed-form solution for the shear force distribution is developed to facilitate design calculations. The shear force distribution curve of the multi-hole shear connector is catenary, and the efficiency coefficient must be considered in different limit states.
During an earthquake, steel frame columns can be subjected to high axial forces combined with inelastic rotation demand resulting from story drift. Generally, the whole beam or component can be represented with one element. In elasto-plastic analysis, subdivision is necessary if the plastic deformation occurs within two ends of beams. If effects of the joint panel are necessarily considered in the analysis, the joint panel should be represented with an independent element. It is a special element to represent the shear deformation of the joint panel in the beam-column connection zone. Several analytical models for panel zone (PZ) behavior exist, in terms of shear force-shear distortion relationships. Among these models, the Krawinkler PZ model is the most popular one which is used in the AISC code. Some studies have pointed out that Krawinkler's model gives good results for the range of thin to medium column flanges thickness. This paper, introduces a new model to estimate the response of shear force-shear distortion for the PZ including column axial force. The model is applicable to both thin and thick column flange. To achieve an appropriate PZ mathematical model first, the effects of PZ strength and stiffness on connection response are parametrically studied using finite element models. More than one thousand and four-hundred beam-column connections are included in the parametric study, with varied parameters; then based on analytical results a simple mathematical model is presented. A comparison between the results of proposed method herein with FE analyses shows the average error especially in thick column flange is significantly reduced which demonstrates the accuracy, efficiency, and simplicity of the proposed model.
Dayang Wang;Qihao Han;Shenchun Xu;Zhigang Zheng;Quantian Luo;Jihua Mao
Steel and Composite Structures
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v.48
no.4
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pp.385-403
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2023
To avoid premature damage to the connection joints of a conventional precast concrete shear wall, a new precast concrete shear wall system (NPSW) based on a plastic damage relocation design concept was proposed. Five specimens, including one monolithic cast-in-place concrete shear wall (MSW) as a reference and four NPSWs with different connection details (TNPSW, INPSW, HNPSW, and TNPSW-N), were designed and tested by lateral low-cyclic loading. To accurately assess the damage relocation effect and quantify the damage and deformation, digital image correlation (DIC) and conventional data acquisition methods were used in the experimental program. The concrete cracking development, crack area ratio, maximum residual crack width, curvature of the wall panel, lateral displacement, and deformed shapes of the specimens were investigated. The results showed that the plastic damage relocation design concept was effective; the initial cracking occurred at the bottom of the precast shear wall panel (middle section) of the proposed NPSWs. The test results indicated that the crack area ratio and the maximum residual crack width of the NPSWs were less than those of the MSW. The NPSWs were deformed continuously; significant distortions did not occur in their connection regions, demonstrating the merits of the proposed NPSWs. The curvatures of the middle sections of the NPSWs were lower than that of the MSW after a drift ratio of 0.5%. Among the NPSWs, HNPSW demonstrated the best performance, as its crack area ratio, concrete damage, and maximum residual crack width were the lowest.
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