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 push-out tests of stud shear connectors to examine their fatigue behavior for developing a new composite bridge deck system. The fifteen push-out specimens of D16 mm stud welded on 9 mm steel plate were fabricated according to Eurocode-4, and a series of fatigue endurance test and residual strength test were performed. Additionally, the stiffness and strength variations by cyclic loading were compared. The push-out test, when the stiffness reduction ratio of the specimens was 0.95 under cyclic load, resulted in the failure of the studs. The stiffness variation of the push-out specimens additionally showed that the application of cyclic loads reduced the residual strength. The fatigue strength of the shear connectors were compared with the design values specified in the Eurocode-4, ASSHTO LRFD and JSSC codes. The comparison result showed that the fatigue endurance of the specimens satisfies the design values of these codes.
In automobile glass fitting the stud is welded on the window seating panel in order to insert the plastic molding onto the stud. Since this type of process is in general manually done, almost 50% of the output turns out to be failure resulted from work inefficiency and weld inferiority. Therefore, it is required to improve this process for the productivity elevation through the application of the robot.
Headed studs welded to steel beams and embedded within the concrete of deck slabs are vital components of modern composite floor systems, where safety and economy depend on the accurate predictions of the stud shear resistance. The multitude of existing deck profiles and the complex behavior of studs in deck slab ribs makes developing accurate and reliable mechanical or empirical design models challenging. The paper addresses this issue by presenting a machine learning (ML) model developed from the natural gradient boosting (NGBoost) algorithm capable of producing probabilistic predictions and a database of 464 push-out tests, which is considerably larger than the databases used for developing existing design models. The proposed model outperforms models based on other ML algorithms and existing descriptive equations, including those in EC4 and AISC 360, while offering probabilistic predictions unavailable from other models and producing higher shear resistances for many cases. The present study also showed that the stud shear resistance is insensitive to the concrete elastic modulus, stud welding type, location of slab reinforcement, and other parameters considered important by existing models. The NGBoost model was interpreted by evaluating the feature importance and dependence determined with the SHapley Additive exPlanations (SHAP) method. The model was calibrated via reliability analyses in accordance with the Eurocodes to ensure that its predictions meet the required reliability level and facilitate its use in design. An interactive open-source web application was created and deployed to the cloud to allow for convenient and rapid stud shear resistance predictions with the developed model.
As a type of bolt with a spherical head, the ball stud is widely used as a part of a ball joint in steering or suspension systems in automobiles. Balls and studs are subjected to heat treatment suitable for each material; in particular, the shear strength of the ball stud must meet the specifications of the production company. This study evaluated the shear strength of joints according to the cooling method of ball studs subject to resistance welding. The shear stress of water cooling was higher than that of air cooling (as-received material). Note, however, th at oil cooling showed lower stress than that of as-received. When judged by standard deviation, mean, and coefficient of variation according to the arithmetic statistics and shape parameter as well as scale parameter, oil cooling is suitable.
Bolted connector could be an alternative to replace the conventional welded headed stud in steel-ultra high performance concrete (UHPC) lightweight composite structures. In this paper, a novel demountable bolted shear connector, consisting of a high-strength bolt (HSB) and a specially-designed nut which is pre-embedded in a thin UHPC slab, is proposed, which may result in the quick installation and disassembly, due to the mountable, demountable and reusable features. In order to study the shear behavior of the new type of bolted shear connector, static push-out tests were conducted on five groups of the novel demountable bolted shear connector specimens and one group of conventional welded headed stud specimen for comparison. The effect of the bolt shank diameter and aspect ratio of bolt on failure mode, shear stiffness, peak slip at the steel-UHPC interface, shear strength and ductility of novel bolted connectors is investigated. Additionally, design formula for the shear strength is proposed to check the suitability for assessment of the novel demountable bolted shear connectors.
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.
The composite beam connections often encountered fracture failure in the welded bottom flange joint, and a bottom flange bolted connection has been proposed to increase the deformation ability of the bottom flange joint. The seismic performance of the bottom flange bolted composite beam connection was suffered from both the composite action of concrete slab and the asymmetric load transfer mechanisms between top and bottom beam flange joints. Thus, this paper presents a comprehensive numerical study on the working mechanism of the bottom flange bolted composite beam connections. Three available modelling methods and a new modelling method on the flange-stud-slab interactions were compared. The efficient numerical modeling method was selected and then applied to the parametric study. The influence of the composite slab, the bottom flange bolts, the shear composite ratio and the web hole shape on the seismic performance of the bottom flange bolted composite beam connections were investigated. A hogging strength calculation method was then proposed based on numerical results.
The effect of Post Weld Heat Treatment(PWHT) of RE36 steel for marine structure was investigated with parameters such as micro-vickers hardness, corrosion potential and corrosion current density of weld metal(WM), base metal(BM) and heat affected zone(HAZ), and both Al alloy anode generating current and Al alloy anode weight loss quantity etc. Hardness of post-weld heat treated BM, WM and HAZ is lower than that of As-welded condition of each region. However, hardness of HAZ was the highest among those three parts regardless of PWHT temperature and corrosion potential of WM was the highest among those three parts without regard to temperature and corrosion potential of WM was the highest among those three parts without regard to PWHT temperature. The amplitude of corrosion potential difference of each other three parts at PWHT temperature $550^{\circ}C$, $650^{\circ}C$ are smaller than that of three parts by As-welded condition and corrosion current density obtained by PWHT was also smaller than that of As-welded condition. Eventually, it was known that corrosion resistance was increased by PWHT. However both Al anode generating current and anode weight loss quantity were also decreased by PWHT compare to As-welded condition when RE36 steel is cathodically protected by Al anode. Therefore, it is suggested that the optimum PWHT temperature with increasing corrosion resistance and cathodic protection effect is $550^{\circ}C$.
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.9
no.5
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pp.15-21
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2009
The design of the stud shear connector of a bridge structure is mostly controlled by the fatigue resistance not by the strength, if it is followed by AASHTO LRFD Bridge Design Specification. This fatigue design code in AASHTO LRFD is based on the research work done by Slutter and Fisher in 1966. These tests seemingly underestimated the fatigue resistance of connectors because of the inherent eccentricity of the one-face test setup which results additional tension forces to the stud. In addition, the stress ranges were not plotted in the log scale, because it was not known at that time that the fatigue resistance of the welded steel structures has a linear relationship of log scales of stress range and number of loading cycles. This study evaluates the test data produced by the Slutter and Fischer, and plot the data on the proper manner. The fatigue push-out test data produced recently by many other researches all around the world are gathered and analyzed, furthermore a design curve is recommended.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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