• Steel and Composite Structures
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• 제35권3호
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• pp.327-341
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• 2020

The use of high-strength steel and concrete in the construction industry has been gaining increasing attention over the past few decades. With it comes the need to utilise high-strength structural bolts to ensure the design load to be transferred safely through joint regions, where the space is limited due to the reduced structural dimensions. However, research on the behaviour of high-strength structural bolts under various loading combinations is still insufficient. Most of the current design specifications concerning high-strength structural bolts were established based on a very limited set of experimental results. Moreover, as experimental programs normally include limited design parameters for investigation, finite element analysis has become one of the effective methods to assist the understanding of the behaviour of structural components. An accurate and simple full-range stress-strain model for high-strength structural bolts under different loading combinations was therefore developed, where the effects of bolt fracture was included. The ultimate strength capacities of various structural bolts obtained from the present experimental program were compared with the existing design provisions. Furthermore, design recommendations concerning the pure shear and tension, as well as combined shear and tension resistance of Grade 10.9 high-strength structural bolts were provided.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제13권6호통권58호
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• pp.97-105
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• 2009

본 연구에서는 대직경 고장력볼트 이음부의 안전성 및 경제성을 검토할 목적으로 F10T-M30 대직경 고장력볼트를 사용한 시험편을 대상으로 정적 인장시험을 실시하여 미끄러짐 특성을 평가하였다. 또한 유한요소해석을 실시하고 볼트의 강도등급 및 직경에 따른 소요볼트 개수를 산정하였다. 그 결과 M30 고장력볼트의 평균 미끄러짐 계수는 도로교설계기준의 기준인 0.4를 초과하며, M22 고장력볼트와 동등한 미끄러짐 성능을 확보하는 것으로 나타났다. 또한 고장력볼트의 강도등급 및 직경에 따른 경제성 분석을 실시한 결과, F10T-M22 고장력볼트를 기준으로 하여 F13T-M22 고장력볼트를 적용하면 소요볼트 개수가 21% 감소하며, F10T-M30 고장력볼트를 적용하면 46% 감소하는 것으로 나타나 고장력볼트의 대직 경화에 따른 경제성을 확인할 수 있었다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제14권6호
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• pp.162-170
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• 2010

토크쉬어볼트의 토크계수는 환경요인에 의해 영향을 받는다. 습기, 녹, 시공중의 작업성 등. 토크쉬어볼트의 토크계수의 변동에 기인하여 볼트에 도입된 축력을 예측하는 매우 어렵다. 이런 이유로 시공중인 볼트 축력을 측정하고, 체결력을 검증하는 것은 필수적이다. 이 연구에서, 볼트에 도입된 하중을 확인하기 위해 시작품 제작이 계획되었다. 시작품의 알고리즘은 토크쉬어 전동렌치에서 얻은 전기에너지와 유압축력기에서 얻은 축력과의 상관관계를 구성한 것이다. 직접축력을 계측하는 회귀분석식은 미니탭 프로그램을 이용한 통계학적인 분석방법에서 구한 것이다. 이 시작품은 상용 토크렌치에 견줄만한 인장력을 평가하는 신뢰성이 있는 도구라고 판단된다.

• Steel and Composite Structures
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• 제42권4호
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• pp.553-568
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• 2022

This paper explored the viability of utilising titanium alloy bolts in the construction industry through an experimental programme, where a total of sixty-six titanium alloy (Ti/6Al/4V) bolts were tested under axial tension, pure shear and combined tension and shear. In addition, a series of Charpy V-notch specimens machined from titanium alloy bolts, conventional high-strength steel bolts, austenitic and duplex stainless steel bolts were tested for impact toughness comparisons. The obtained experimental results demonstrated that the axial tensile and pure shear capacities of titanium alloy bolts can be reasonably estimated by the current design standards for steel structures (Eurocode 3, AS 4100 and AISC 360). However, under the combined tension and shear loading conditions, significant underestimation by Eurocode 3 and unsafe predictions through AS 4100 and AISC 360 indicate that proper modifications are necessary to facilitate the safe and economic use of titanium alloy bolts. In addition, numerical models were developed to calibrate the fracture parameters of the tested titanium alloy bolts. Furthermore, a design-based selection process of titanium alloy bolts in the structural applications was proposed, in which the ultimate strength, ductility performance and corrosion resistance (including galvanic corrosion) of titanium alloy bolts was mainly considered.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제20권3호
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• pp.399-407
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• 2008

건축공사 표준시방서에서 규정하는 TS고력볼트는 KS B 2819에 따라 토크관리법에 의한 체결한다. TS고력볼트는 핀 테일이 파단되면 적정축력이 도입되는 것으로 알려져 있지만, 실제로는 온도조건에 따라 토크계수가 변하고 도입축력도 설계기준에 미치지 못하는 경우가 발생한다. 본 논문에서는 현장 온도조건이 볼트의 토크계수 및 도입축력의 영향을 평가하기 위해 ${-10^{\circ}C{\sim}50^{\circ}C}$ 범위에서 3 종류의 고력 볼트에 대해 도입축력, 토크계수, 너트회전각을 실험적으로 비교 분석하였다. 실험결과 TS고력볼트의 경우 핀 테일이 파단될 때 모든 온도조건에서 설계볼트장력과 표준볼트장력을 상회하는 도입축력을 나타냈으며 ${-10^{\circ}C}$에서 ${50^{\circ}C}$까지 온도 상승함에 따라 핀 테일 파단시점의 볼트에 도입되는 평균축력은 20kN 증가되었다. 아연피막 처리한 일반육각형 고력볼트의 경우, $0^{\circ}C$, $20^{\circ}C$, $50^{\circ}C$조건, 토크계수 0.13과 토크 ${462N{\cdot}m} $에서 표준볼트축력을 상회하였지만, 도입축력의 일정한 경향을 찾을 수 없었으며 온도변수 별 평균 도입축력 차는 최대 50kN이었다. 일반 육각고력볼트의 경우, 온도상승에 따라 평균 도입축력도 상승되는 추세였으며 토크 ${462N{\cdot}m} $ 일때 온도변수별 볼트의 도입축력은 최대 33kN 차이를 보였다. 또한, TS볼트를 제외한 육각볼트 종류 군에 대해서는 너트회전각 ${90^{\circ}}$ 경우의 도입축력은 설계볼트장력에 미치지 못했다. 따라서, 기존 너트회전각 ${120^{\circ}{\pm}30^{\circ}}$의 하한치 ${-30^{\circ}}$에 대한 재평가를 고려해 볼 필요가 있다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제8권3호통권28호
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• pp.139-150
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• 1996

H/T(High Tension) bolt is generally being used in joining the members of steel structure. It has some difficulties in management such as an adequate fastening force and a selection of proper instrument for fastening. T/S(Torque Shear Type High Tension) bolt which is more convenient and easier than H/T bolt in quality control has recently been developed. T/S bolts are produced and widely used these days in domestic, but those have not a detail regulation for their on. Those are only being used according to the specification for the H/T bolts. In this study, we tried to confirm the soundness of T/S bolts by the fatigue test of the modified specimens. First, we measured the reduction rate of the initial axial force with time at bolts. Second, we investigated the slip forces of bolts when the test specimen is loaded in tension. Third, we implemented the fatigue tests. During the test, we measured the variation of the axial forces of bolts under the cyclic loading. Finally, we compared and analyzed the fatigue behavior of H/T and T/S bolt, by S-N curve diagrams that are obtained in this study.

• 한국산업융합학회 논문집
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• 제23권4_1호
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• pp.531-539
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• 2020

When injection mold is repeatedly used for mass production, fatigue phenomenon due to cyclic stress may occur. The surface and interior of structure might be damaged due to cyclic stress or strain. The objective of this study was to analyze failure of SCM435 high-tension bolts connecting upper and lower parts of a three-stage injection molding machine. These bolts have to undergo an accurate heat treatment to prevent the formation of chromium carbide and the action of dynamic stresses. Bolts were fractured by cyclic bending stress in the observation of ratchet marks and beach marks. Damaged specimen showed an acicular microstructure. Impurity was observed. Chromium carbide was observed near the crack origin. Both shape parameters of the Vickers hardness were similar. However, the scale parameter of the damaged specimen was about 20% smaller than that of the as-received specimen. Much degradation occurred in the damaged specimen. Bolts should undergo an accurate heat treatment to prevent the formation of chromium carbide. They must prevent the action of dynamic stresses. Bolts need accurate tightening and accuracy of heat treatment and screws need compression residual stress due to peening.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제18권4호
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• pp.10-21
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• 2014

프리캐스트 방식에 의해 제작이 가능한 격자형 강합성 바닥판의 이음부는 콘크리트 전단키와 고장력볼트 체결로 구성될 수 있으며, 이와같은 이음부 자체에 대한 휨 및 전단성능은 부재요소에 대한 실험을 통해 분석된 바 있다. 본 연구에서는 실제 바닥판 구조시스템에서 이음부에 의한 횡방향 하중전달 거동을 분석하고자, 길이 2.5m 및 폭 1m의 단위 바닥판 모듈 한쌍에 이음부를 설치한 실험체를 제작하고 중심 및 편심가력 휨실험을 하였다. 이음부에 하중이 직접 가해지는 중심재하 조건에서 고장력볼트의 설치개수가 30cm 간격 9개에서 60cm 간격 4개로 줄어 들 경우, 재하단계에 따라 이음부의 회전이 비교적 더 크게 증가하고, 이에 따라 바닥판 횡방향으로의 하중전달 정도가 감소함을 알 수 있었다. 그러나, 한쪽 바닥판의 중심에 집중하중이 가해지는 편심재하 조건의 경우에는 횡방향 하중전달 거동에 큰 차이가 없었다. 하중 재하방법별로 이음부의 거동을 비교한 결과, 집중하중에 대한 바닥판 횡방향으로의 하중분배 및 전달량은 이음부 자체의 성능뿐만 아니라 바닥판 슬래브의 펀칭전단에 의해서도 제한되는 것으로 분석되었다. 또한, 펀칭 전단파괴가 발생할 때까지 이음부의 고장력볼트가 항복하지 않은 점을 고려할 때, 이음부 고장력볼트의 설치개수를 4개에서 9개로 증가시키는 것은 실질적으로 강도 보다는 이음부 및 바닥판의 휨강성 성능 증가에 더 큰 영향을 미치는 것으로 사료된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권2A호
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• pp.165-170
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• 2008

각국의 강구조물 시공현장에서 사용되고 있는 고장력볼트의 인장강도는 일반적으로 1,000 MPa급이 주종을 이루고 있으나, 고강도강과 극후판의 개발과 교량 지간의 장대화로 인하여 강도가 큰 새로운 볼트 개발이 요구되고 있다. 한편, 반복적인 하중이 작용하는 곳에서 인장연결부에 사용되는 고장력볼트에 인장피로파괴 사례가 발생되고 있으나 아직까지 우리나라에서는 이에 대한 이론 및 실험적인 연구가 없는 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 현재 일반적으로 사용하고 있는 F8T, F10T볼트와 새로이 개발된 F13T, F13T-N볼트에 대해서 인장피로실험을 수행하였다. 고장력볼트에 대한 피로강도평가는 반복횟수 200만회에 95% 하한신뢰도분석을 하여 수행하였고, 이를 기초로 3가지의 피로강도 기준안을 제시하였다. 또한, KS나사형상의 볼트와 새로이 제안된 나사선 형상의 볼트에 대한 피로강도에 대해서 비교 검토하였다.

• Steel and Composite Structures
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• 제7권2호
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• pp.87-103
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• 2007

This paper presents some of the results from an experimental research project on the behavior of extended end-plate connections subjected to moment conducted at the Structural Laboratory of Jordan University of Science and Technology. Since the connection behavior affects the structural frame response, it must be included in the global analysis and design. In this study, the behavior of six full-scale stiffened and unstiffened cantilever connections of HEA- and IPE-sections has been investigated. Eight high strength bolts were used to connect the extended end-plate to the column flange in each case. Strain gauges were installed inside each of the top six bolts in order to obtain experimentally the actual tension force induced within each bolt. Then the connection behavior is characterized by the tension force in the bolt, extended end-plate behavior, moment-rotation relation, and beam and column strains. Some or all of these characteristics are used by many Standards; therefore, it is essential to predict the global behavior of column-beam connections by their geometrical and mechanical properties. The experimental test results are compared with two theoretical (equal distribution and linear distribution) approaches in order to assess the capabilities and accuracy of the theoretical models. A simple model of the joint is established and the essential parameters to predict its strength and deformational behavior are determined. The equal distribution method reasonably determined the tension forces in the upper two bolts while the linear distribution method underestimated them. The deformation behavior of the tested connections was characterized by separation of the column-flange from the extended end-plate almost down to the level of the upper two bolts of the lower group and below this level the two parts remained in full contact. The neutral axis of the deformed joint is reasonably assumed to pass very close to the line joining the upper two bolts of the lower group. Smooth monotonic moment-rotation relations for the all tested frames were observed.