• Steel and Composite Structures
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• 제32권4호
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• pp.549-557
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• 2019

The use of shear studs usually placed in the form of mechanical shear connectors makes it possible to adopt composite steel-concrete structures in various structures, and steel-concrete plate composite (SCP) is being seriously considered for the installation of storage tanks exposed to harsh environments. However, manufacturing of SCP must be based on the application of existing design guidelines which require very close arrangement of shear studs. This means that the direct application of current design guidelines usually produces very conservative results and close arrangement of shear studs precludes pouring concrete within exterior steel faceplates. In this light, an improved guideline to determine the stud spacing should be introduced, and this paper proposes an improved ratio of the stud spacing to the thickness of steel plate on the basis of numerous parametric studies to evaluate the relative influence of the stud spacing on the stability of the SCP.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제19권5호
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• pp.473-482
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• 2007

합성보가 구조적으로 안전하게 거동하고, 합성단면이 고유의 극한모멘트를 발휘하기 위해서는 전단연결재의 강도뿐만아니라 연성적 거동이 전제조건으로 작용한다. 본 연구에서는 고강도 콘크리트가 사용된 합성보에서 하중형태, 합성율 및 전단스터드의 배치를 달리 하였을 때 일반강도 콘크리트가 사용된 경우에 비해 비교적 적은 스터드의 변형능력이 구조거동 및 설계조건에 미치는 영향을 유한요소해석을 통해 분석하여 보았다. 해석결과에 따르면 고강도 콘크리트를 사용한 합성보의 부분합성 설계에서는 스터드 자체의 강도와 상대변위로 평가되어지는 변형능력이 함께 고려되어야 한다. 특히, 스터드가 등간격으로 배치된 합성보에 등분포 또는 유사 형태의 하중이 작용할 경우 스터드의 변형능력이 합성설계에 대한 제약조건으로 작용하며 이러한 경우 스터드는 외부하중에 대한 전단력의 분포를 고려하여 배치되어야 한다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제30권6호
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• pp.479-484
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• 2017

본 논문에서는 국부좌굴 현상을 고려하여 강판 콘크리트 패널(SCP)의 유한요소 해석을 수행하고 설계지침과 비교하여 전단 스터드의 효율적인 스터드 배치 간격을 연구하였다. 강판 콘크리트 구조의 설계 및 기술기준은 전단 균열의 전개와 국부 좌굴 현상을 방지하기 위하여 스터드의 최대 간격을 제한하고 있으나 이는 기존 강재-콘크리트 합성 구조의 설계기준을 토대로 산정되었다. 이에 유한요소 해석 프로그램을 이용한 강판 및 SCP의 국부좌굴 부재 해석을 통하여 스터드 최대 배치 간격을 구하고 설계지침에서 제시한 값과 비교하였다. 먼저, 단일 강판에 대하여 국부좌굴 해석을 수행하여 판좌굴 이론과 비교 검증하였고, 연속적인 스터드 배치에 따른 영향을 확인하기 위하여 다수의 강판이 연결된 경우에 대하여 해석을 수행하였다. 또한 강판 콘크리트 구조에서 콘크리트의 영향 및 합성 거동에 따른 영향을 확인하기 위하여 강판 콘크리트 구조를 모델링하고, 국부좌굴이 발생하지 않는 스터드 배치 최대 간격을 구하여 설계지침과 비교하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제24권2호
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• pp.189-197
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• 2012

벽식 스틸하우스 벽체의 구조재로 적용되어 오고 있는 박판냉간성형형강 스터드의 경우 열교현상에 의한 단열상의 문제를 가지고 있기 때문에 추가적인 단열재의 사용이 요구된다. 이러한 단열 문제를 해결하기 위하여 웨브에 슬릿이 배치된 냉간성형강 단열스터드가 개발되었다. 그러나 슬릿의 배치로 인하여 단면강도 산정은 대단히 어려운 문제점이 되고 있다. 본 논문에는 단열스터드의 압축강도 및 구조적인 거동에 대한 실험 및 해석적인 연구결과를 기술하였다. 슬릿의 길이, 간격 및 배열형태를 달리하는 세 종류의 단열스터드에 대한 압축실험을 단면의 파괴 시까지 수행하였으며, 실험 및 해석결과에 근거하여 복부에 슬릿이 있는 냉간성형강 스터드에 적용하기 위한 단순한 형태의 강도 산정방법을 제안하였다. 제안된 강도산정법에서는 단열스터드를 등가두께의 슬릿이 없는 일반스터드로 대치하고, 이 등가단면에 직접강도법을 적용하여 단열스터드의 공칭압축강도를 산출한다. 제안된 강도산정방법은 단열스터드 실험결과와 비교하여 검증하였다.

• Computers and Concrete
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• 제18권3호
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• pp.297-317
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• 2016

Current codes recommend large amounts of shear reinforcement for reinforced concrete beam-column joints that causes significant bar congestion. Increase in congestion of shear reinforcement in joint core (connection zone), leads to increase accomplishment problems. The congestion may also lead to diameter limitations on the beam bars relative to the joint dimensions. Using double headed studs instead of conventional closed hoops in reinforced concrete beam-column joints reduces congestion and ensures easier assembly of the reinforcing cage. The purpose of this research is evaluating the efficiency of the proposed reinforcement. In this way, 10 groups of exterior beam-column joints are modeled. Each group includes 7 specimens by different reinforcing details in their joint core. All specimens are modeled by using of ABAQUS and analyzed subjected to cyclic loading. After verification of analytical modeling with an experimental specimen, 3D nonlinear specimens are modeled and analyzed. Then, the effect of amount and arrangement of headed studs on ductility, performance, ultimate strength and energy absorption has been studied. Based on the results, all joints reinforced with double headed studs represent better performance compared with the joints without shear transverse reinforcement in joints core. The behavior of the former is close to joints reinforced with closed hoops and cross ties according to the seismic design codes. By adjusting the arrangement of double-headed studs, the decrease in ductility, performance, ultimate moment resistant and energy absorption reduce to 2.61%, 0.90%, 0.90% and 1.66% respectively compared with the joints reinforced by closed hoops on the average. Since the use of headed studs reduces accomplishment problems, these amounts are negligible. Therefore, use of double-headed studs has proved to be a viable option for reinforcing exterior beam-column joints.

• Steel and Composite Structures
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• 제45권3호
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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.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제18권4호
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• pp.67-76
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• 2014

이 연구에서는 SC 전단벽의 전단 연결재인 스터드의 배치와 형상이 SC 전단벽의 거동에 미치는 영향을 살펴보기 위해 전단벽체가 전단력과 축하중을 받을 때의 거동을 해석적으로 검토하였다. 이를 위해 서로 다른 형상과 배열의 스터드가 배열된 SC 전단벽을 대상으로 유한요소해석을 수행하였다. 스터드의 간격이 과하게 떨어져 있을 경우 합성거동이 완벽하게 작용하지 못하며 강판이 설계곡선의 2차 항복 전단력 보다 적은 하중에서 항복함을 확인하였다. 스터드의 형상은 일반형 스터드뿐만 아니라 개선된 경사형 스터드도 전단거동에 큰 차이를 나타내지 않았고, 스터드의 간격이 합성거동에 영향을 미침을 확인하였다. 또한 이 연구를 통하여 경사형 스터드가 일반형 스터드에 비해 좌굴을 제어하는데 효과가 있음을 확인하였다.

• Steel and Composite Structures
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• 제26권3호
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• pp.375-386
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• 2018

Existing design codes for steel-concrete composite structures give only general information about the shear connection provided by headed studs in group arrangement. Grouting of the openings in prefabricated concrete slabs, where the grouped headed studs are placed in the deck pockets is alternative to cast-in-place decks to accomplish fast execution of composite structures. This paper considers the possibility to reduce the distance between the studs within the group, bellow the Eurocode limitations. This may lead to increased competitiveness of the prefabricated construction because more studs are placed in the group if negative effectives of smaller distances between studs are limited. The main purpose of this work is to investigate these limits and propose an analytical calculation model for prediction of the shear resistance of grouped stud arrangements in the deck pockets. An advanced FEA model, validated by results of push-out experiments, is used to analyze the shear behavior of the grouped stud with smaller distance between them than recommended by EN 1994-1. Calculation model for shear resistance, which is consistent with the existing Eurocode rules, is proposed based on a newly introduced equivalent diameter of the stud group, $d_G$. The new calculation model is validated by comparison to the results of FE parametric study. The distance between the studs in the longitudinal direction and the number of stud rows and columns in the group are considered as the main variables.

• Steel and Composite Structures
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• 제50권6호
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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.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제20권3호
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• pp.75-82
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• 2016

이 연구에서는 SC 전단벽의 전단 연결재인 스터드의 배치와 형상이 SC 전단벽의 거동에 미치는 영향을 살펴보기 위해 전단벽체가 강제진동을 받을 때의 거동을 해석적으로 검토하였다. 이를 위해 서로 다른 배치간격과 형상의 스터드가 배열된 SC 전단벽을 대상으로 유한요소해석을 수행하였다. 그 결과, 시간이력해석으로부터 구한 감쇠비가 파워반감대역폭법이 전반적으로 높게 그리고 적합지수함수법이 가장 낮은 수준으로 산정했으며 설계강도 절반정도에서의 감쇠비는 3.0~4.2%로, 설계강도에서는 4.1~5.2%로 나타남을 알 수 있었다. 또한, 개선된 스터드를 사용할 때, 감쇠비가 약간 감소하였고 DS1과 DS2 간에는 일관된 결과가 나타나지 않았다. 스터드의 간격이 필요이상 증가할 경우, 고유진동수가 감소하고 감쇠비가 증가함을 확인하였다.