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.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.13
no.6
s.58
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pp.97-105
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2009
This study was conducted for the purpose of examinating the safety and economical efficiency of large high tension bolted joints. The specimen using F10T-M30 large high strength bolts has been selected and static tensile test has been conducted to evaluate the slip characteristics. In addition, finite element analysis has been carried out to estimate the number of required bolts. As a result, the average slip coefficient of M30 high strength bolts exceeded 0.4 - the standard in highway bridge design specification - and has satisfied the slip strength, which is the same as that of M22 high strength bolts. In addition, if F13T-M22 high strength bolts were applied, the number of required bolts decreased by 21%, and if F10T-M30 high strength bolts were applied, the number of required bolts decreased by 46%, that leads to the conclusion that the economical efficiency in accordance with diametering of high strength bolts was now verified.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.14
no.6
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pp.162-170
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2010
The torque-coefficient of torque-shear type high-strength bolts is affected by the environmental factors, such as 'wet', 'rust', 'exposure to air' and workability during tightening high strength bolts. It is difficult to assume the direct tension induced into the bolt due to variation of torque-coefficient for torque-shear type high-strength bolts. Therefore, it is essential to measure tension loads of bolts and to verify the clamping force under construction. In this study, the manufacture of trial product was planned to identify the induced force into the bolts. The algorithm for a trial product was composed of the relation between electricity energy taken from torque shear wrench and tension force from hydraulic tension meter. The regression analysis equation to measure the direct tension was derived by statistical analysis using Minitab program. It is considered that the trial product is reliable tool to evaluate the tension force comparable to a commercial torque wrench.
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.
Nah, Hwan Seon;Lee, Hyeon Ju;Kim, Kang Seok;Kim, Jin Ho;Kim, Woo Bum
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.20
no.3
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pp.399-407
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2008
The clamping of torque shear bolt is based on KS B 2819. It was misunderstood that the tension force of the TS bolt was induced generally at the break of pin-tail specified. However, the clamping forces on slip critical connections do not often meet the intended tension, as it considerably varies due to torque coefficient dependent on temperature variables despite the break of the pin tail. In this study, the tension of torque shear bolts were compared with two types of high-strength hexagon bolts by temperature parameters from ${-10^{\circ}C}$ to ${50^{\circ}C}$. Torque shear bolts showed that the average clamping force increased to 20kN as the temperature increased. In case of galvanized high-strength hexagon bolts, the average clamping forces at $0^{\circ}C$, $20^{\circ}C$, $50^{\circ}C$ were recorded over standard bolt tension, 178kN, and the worst standard deviation was 50kN. In case of high-strength hexagon bolts, ave rage clamping forces increased as the temperature went up, and the worst standard deviation was 33kN lower than that of galvanized high-strength hexagon bolts. As for the turn-of-the-nut method, at nut rotation of ${90^{\circ}}$, two types of high-strength hexagon bolts did not met the intended design bolt in tension, 162kN.it is neccessary to re-evaluate the range of turn of nut, ${120^{\circ}{\pm}30^{\circ}}$.
JUN, Je Sang;WOO, Sang Ik;LEE, Seong Heang;JUNG, Kyoung Sup
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.8
no.3
s.28
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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.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.23
no.4_1
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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.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.18
no.4
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pp.10-21
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2014
The joint of prefabricated steel grid composite deck is composed of concrete shear key and high-tension bolts. The flexural and shear strength of the joint were experimentally evaluated only by the bending and push-out test of the joint element. In this study the lateral load transfer behavior of the joint in deck structure system is experimentally evaluated. Several decks connected by the joint are prefabricated and loaded centrically and eccentrically. In the case of centrically loaded specimens, the analysis results show that for the same loading step the rotation angle of the joint with 4 high-tension bolts is larger than the case of the joint with 9 high-tension bolts. Consequently, flexural stiffness of deck and lateral load transfer decrease in the case of specimen with 4 high-tension bolts. But, in the case of eccentrically loaded specimens, it is found that there are no significant differences in the load transfer behavior. The further analysis results about the structural behavior of the joint show that lateral load transfer can be restricted by the load bearing capacity of the joint as well as punching shear strength of the slab. Furthermore, considering that high-tension bolts in the joint didn't reach to the yielding condition until the punching shear failure, increase in the number of high-tension bolts from 4 to 9 has a greater effect on the flexural stiffness of the joint and deck system than the strength of them.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.2A
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pp.165-170
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2008
New high strength bolts are required due to the development of the high strength steel, the ultra-thick steel plates, and the long-span bridge, though high strength bolts with tensile strength of 1,000 MPa are mainly used in construction site of every country. The high strength bolts are often subjected to a repeated tension-type of loading in which the fatigue failure is a major mode of failure. However, the theoretical and experimental study for the fatigue failure of tension bolt has not been well established in Korea. In this study, we performed a tensile fatigue test of F8T, F10T and F13T, F13T-N high strength bolts under tension. We proposed three fatigue strength specifications by performing 95% survival probability analysis for F8T, F10T, F13T, and F13T-N bolt under the $2{\times}10^6$ cycles of repeated loading. And the fatigue strength for the advanced screw thread shape bolt developed in this study are compared with the previous KS screw thread shape bolt.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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