Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.23
no.3
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pp.1-8
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2019
Steel elevator pit was developed for the purpose of minimizing the excavation, simplifying the construction of the frame and economical efficiency by improving the problems that occurred in the existing reinforced concrete. It is common to apply conventional RC method through excavation to underground structures such as underground floor collector well and elevator pit. In recent years, the use of steel collector well and steel elevator pits to reduce construction costs by minimizing the materials of steel and concrete has been continuously increasing. The steel elevator pit is an underground structure and then the performance of the welding part and the structure system is important. Specimen with only steel plate and concrete without studs could support the load more than 3 times than the specimen with deck only. Therefore, even if there is no stud, the deck (steel plate) rib is formed and the effect of restraining the steel plate and the concrete during the bending action can be expected. However, since sudden fracture in the elevator pit may occur, stud bolt arrangement is necessary for the composite effect of steel plate and concrete. It is expected that the bending strength can be expected to increase by about 15% or more depending with and without stud bolts.
Kim, Chul-Goo;Kang, Su-Min;Eom, Tae-Sung;Baek, Jang-Woon
Steel and Composite Structures
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v.44
no.3
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pp.339-351
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2022
A mortar-filled rectangular hollow structural section (RHS) can increase a structural section property as well as a compressive buckling capacity of a RHS member. In this study, the tensile performance of newly developed mortar-filled RHS members was experimentally evaluated with various connection details. The major test parameters were the type of end connections, the thickness of cap plates and shear plates, the use of stud bolts, and penetrating bars. The test results showed that the welded T-end connection experienced a brittle weld fracture at the welded connection, whereas the tensile performance of the T-end connection was improved by additional stud bolts inserted into the mortar within the RHS tube. For the end connection using shear plates and penetrating stud bolts, ductile behavior of the RHS tube was achieved after yielding. The penetrating bars increased load carrying capacity of the RHS. Based on the analysis of the load transfer mechanism, the current design code and test results were compared to evaluate the tensile capacity of the RHS tube according to the connection details. Design considerations for the connections of the mortar-filled RHS tubes were also recommended.
This paper presents the test and evaluation results on the shear strength and stiffness of a light steel stud wall from a lightweight foamed mortar (lightweight hybrid wall). The use of a lightweight foamed mortar was aimed at improving structural performance, thermal performance, and finish. Studiesshowed that it did not affect thermal performance, but it contributed to structural performance and finish when the unit weight was more than 0.8 (Editor's note: Please indicate the unit of measurement.). In this study, 14 specimens-whose parameters included the specific gravity of the lightweight foamed mortar (0.6, 0.8, 1.0, 1.2), the spacing of the stud (450 mm, 600 mm, or 900 mm), finishing materials (such as lightweight foamed mortar, OSB, and gypsum board), and bracing-were manufactured. Three typical, steel house-framing specimens were added to compare the test results with the 14 specimens. The results of in-plane shear tests show that the use of lightweight foamed mortar (1.15~5.38 times stronger, 1.45~13.7 times stiffer) results in ultimate strength and initial stiffness. In addition, it was possible to widen the stud spacing to up to 900 mm without decreasing shear strength. It was very important to prevent the lightweight foamed mortar from shrinking and to secure the adhesion between the steel stud and the lightweight foamed mortar to improve structural performance.
An analytical study was conducted to investigate the effect of the shape and spacing of modified inclined studs used as shear connector between concrete and steel plate on the cyclic behavior of steel plate concrete (SC) shear wall. 9 different analysis cases were adopted to determine the optimized shape and spacing of stud. As the results, the skeleton curves were obtained from the load-displacement hysteresis curves, and the ultimate and yielding strengths were increased as the spacing of studs decrease. In addition, the strength of inclined studs is shown to be bigger compared to that of conventional studs. The damping ratios increased as the decrease of stiffness ratio. Finally, with decreasing the spacing distance of studs, the cumulative dissipated energy was increased and the seismic performance was improved.
Han Xiao;Wei Wang;Chen Xu;Sheraz Abbas;Zhiping Lin
Steel and Composite Structures
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v.50
no.6
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pp.659-674
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2024
Casting Ultra High-Performance Concrete (UHPC) on an orthotropic steel deck and forming a composite action by connectors could improve the steel deck fatigue performance. This study presents the mechanical performance of a proposed post-combination connection between UHPC and steel, which had a low constraint effect on UHPC shrinkage. A total of 10 push-out tests were conducted for static and fatigue performance investigations. And the test results were compared with evaluation methods in codes to verify the latter's applicability. Meanwhile, nonlinear simulation and parametric works with material damage plasticity models were also conducted for the static and fatigue failure mechanism understanding. The static and fatigue test results both showed that fractures at stud roots and surrounding local UHPC crushes were the main failure appearances. Compared with normally arranged studs, group arrangement could result in reductions of static stud shear stiffness, strength, and fatigue lives, which were about 18%, 12%, and 27%, respectively. Compared with the test results, stud shear capacity and fatigue lives evaluations based on the codes of AASHTO, Eurocode 4, JSCE and JTG D64 could be applicable in general while the safety redundancies tended to be smaller or even insufficient for group studs. The analysis results showed that arranging studs in groups caused obviously uneven strain distributions. The severer stress concentration and larger strain ranges caused the static and fatigue performance degradations of group studs. The research outcome provides a very important basis for establishing a design method of connections in the novel post-combination steel-UHPC composite deck.
Due to lack of information, current design methods to calculate bearing strength of connections are tacit about cases in which hybrid coupled walls have connection details of stud bolts and horizontal ties. In this study, analytical study was carried out to develop model for calculating the connections strength of embedded steel section. The bearing stress at failure in the concrete below the embedded steel coupling beam section is related to the concrete compressive strength and the ratio of the width of the embedded steel coupling beam section to the thickness of the shear walls. Experiments were carried out to determine the factors influencing the bearing strength of the connection between steel coupling beam and reinforced concrete shear wall. The test variables included the reinforcement details that confer a ductile behavior in connection between steel coupling beam and shear wall, i. e., the auxiliary stud bolts attached to the steel beam flanges and the transverse ties at the top and the bottom steel beam flanges. In addition, additional test were conducted to verify the strength equations of the connection between steel coupling beam and reinforced concrete shear wall. The results of the proposed equations in this study are in good agreement with both our test results and other test data from the literature.
Composite beam, which combined the material characteristic of the steel and concrete, has been widely used in the construction of various building and bridge system. For the effective application of the composite beam, the composite action on the composite interface between the concrete element and the steel element should be achieved by shear connectors. The behavioral characteristics of composite beam are related with the degree of interaction and the degree of shear connection according to the shear strength and shear stiffness of the stud shear connectors. These two concepts are also affected by the number of installed shear connector and the strength of composite materials. In this study, experimental and analytical evaluations of the degree of shear connection affected by stud diameter were conducted, and the relationship between structural behavior and the degree of shear connection was verified. The very small difference among the ultimate loads of the specimens depending on the change of the degree of connection was possibly because of the dependence of the ultimate load on the characteristic of plastic moment of the composite beam.
This paper extends our recent work on the fatigue behavior of stud shear connectors in steel and recycled tyre rubber-filled concrete (RRFC) composite beams. A series of 16 fatigue push-out tests were conducted using a hydraulic servo testing machine. Three different recycled tyre rubber contents of concrete, 0%, 5% and 10%, were adopted as main variable parameters. Stress amplitudes and the diameters of studs were also taken into consideration in the tests. The results show that the fatigue lives of studs in 5% and 10% RRFC were 1.6 and 2.0 times greater of those in normal concrete, respectively. At the same time, the ultimate residual slips' values of stud increased in RRFC to highlight its better ductility. The average ultimate residual slip value of the studs was found to be equal to a quarter of studs' diameter. It had also been proved that stress amplitude was inversely proportional to the fatigue life of studs. Moreover, the fatigue lives of studs with large diameter were slightly shorter than those of smaller ones and using larger ones had the risk of tearing off the base metal. Finally, the comparison between test results and three national codes was discussed.
Ultra high performance concrete (UHPC) can be used in the UHPC-steel composite structures especially for bridge structures to achieve high stiffness and high fatigue resistance with low self-weight. The structural performances of UHPC-steel composite slabs subjected to hogging moment have a significant influence on the global stiffness and durability of UHPC-steel composite structures. In order to study the structural behaviors of non-steam-cured UHPC-steel composite slabs subjected to negative moment, five composite slabs combined the thin UHPC layers to steel plates via shear stud connecters with the diameter of 16mm were fabricated and tested under negative moment. The test program aimed to investigate the effect of stud spacing and longitudinal reinforcement ratios on the failure mode, load-deflection behaviors, cracking patterns, bond-slips, and carrying capacities of composite slabs subjected to negative moment. In addition, direct tensile tests for the dog-bone UHPC specimens with longitudinal reinforcement bars were carried out to study the effect of reinforcement bars on the tensile strength of UHPC in the thin structure members. Based on the experimental results, analytical models were also developed to predict the cracking load and ultimate load of UHPC-steel composite slabs subjected to negative moment.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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