This paper presents a combined experimental and numerical study on stainless steel end-plate connections, with an emphasis placed on their ultimate behaviour and rotation capacity. In the experimental phase, six connection specimens made of austenitic and lean duplex stainless steels are tested under monotonic loads. The tests are specifically designed to examine the close-to-failure behaviour of the connections at large deformations. It is observed that the rotation capacity is closely related to fractures of the stainless steel bolts and end-plates. In the numerical phase, an advanced finite element model suitable for fracture simulation is developed. The incorporated constitutive and fracture models are calibrated based on the material tests of stainless steel bolts and plates. The developed finite element model exhibits a satisfactory accuracy in predicting the close-to-failure behaviour of the tested connections. Finally, the moment resistance and rotation capacity of stainless steel end-plate connections are assessed based on the experimental tests and numerical analyses.
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.
Frame composed of concrete-filled steel tubular columns and I-shaped steel beam has been researched in order to development reasonable connection details. The present paper describes the results of an experimental program in four different connection details. The connection details considered include through-bolt between I-shaped steel beams and concrete-filled steel tubular columns and two details of welded connections. One of the welded connection details is stiffened by angles welded in the interior of the profile wall at the beam flange level. The specimens were tested in a cruciform loading arrangement with variable monotonic loading on the beams and constant compressive load on the column. For through-bolt details, the contribution of friction and bearing were investigated by embedding some of the bolts in the concrete. The results of the tests show that through-bolt connection details are very ductility and the bearing is not important to the behavior of these moment connections. The angles welded in the interior of the profile wall increase the strength and stiffness of the welded connection detail. In addition, the behavior curves of these connections are compared and some interesting conclusions are drawn. The results are summarized for the strength and stiffness of each connection.
Girgin, Sadik Can;Misir, Ibrahim Serkan;Kahraman, Serap
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.11
no.2
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pp.229-245
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2017
Post-earthquake observations revealed that seismic performance of beam-column connections in precast concrete structures affect the overall response extensively. Seismic design of precast reinforced concrete structures requires improved beam-column connections to transfer reversed load effects between structural elements. In Turkey, hybrid beam-column connections with welded components have been applied extensively in precast concrete industry for decades. Beam bottom longitudinal rebars are welded to beam end plates while top longitudinal rebars are placed to designated gaps in joint panels before casting of topping concrete in this type of connections. The paper presents the major findings of an experimental test programme including one monolithic and five precast hybrid half scale specimens representing interior beam-column connections of a moment frame of high ductility level. The required welding area between beam bottom longitudinal rebars and beam-end plates were calculated based on welding coefficients considered as a test parameter. It is observed that the maximum strain developed in the beam bottom flexural reinforcement plays an important role in the overall behavior of the connections. Two additional specimens which include unbonded lengths on the longitudinal rebars to reduce that strain demands were also tested. Strength, stiffness and energy dissipation characteristics of test specimens were investigated with respect to test variables. Seismic performances of test specimens were evaluated by obtaining damage indices.
Column-to-beam pinned connections can cause local moment to the web of a steel tube due to the distance of eccentricity between the row of bolts and the column flange, which possibility deteriorates the load capacity of column. In this study, a square hollow section tubular used finite element analysis of a square hollow section tubular column was carried out, and the column width and thickness, existence and non-existence of internal reinforcement, and existence and non-existence of compressive force were taken as variables to examine the load capacity deterioration of a square column caused by moment. To guarantee the reliability of the finite element results, some specimens were fabricated and tested. The yield line method was applied to suggest the strength formulas of the square tubular column to the beam pinned connections. Based on the study results, the column strength the moment of the square hollow section tubular column to the beam pined connections improved with the increase in the w to strength limitations, a no-reinforcement type of square hollow section tubular column was proposed, and if the limitation values were not satisfied, the reinforcement of the internal column was made mandatory. Therefore, the horizontal -reinforcement type considered the strength increase, and the fabrication of the square hollow section tubular column was ar column that considered its load capacity with the moment for the no-reinforcement and the horizontal-reinforcement types.
Over the past decade, labor costs have increased relative to the cost of material hardware according to analysts in the construction industry. Therefore, the minimum weight design, which has been widely adopted in the literature for the optimal design of steel structures, is no longer the most economical construction approach. Presently, although connection- related costs is crucial in determining the most cost-effective steel structures, most studies on this subject focused on minimum-weight design or engaged in higher analysis. Therefore, in this study, we proposed a fabrication scheme for the most cost-effective moment-resisting steel frame structures that resist lateral loads without compromising overall stability. The proposed approach considers the cost of steel products, fabrication, and connections within the design process. The optimal design considered construction realities, with the optimal trade-off between the number of moment connections and total cost was achieved by reducing the number of moment connections and rearranging them using the combination of analysis that includes shear, displacement and interaction value based on the LRFD code and optimization scheme based on genetic algorithms. In this study, we have shown the applicability and efficiency in the examples that considered actual loading conditions.
The additional moment occurs because the superstructures of VLFS are influenced by wave loads instead of earthquake loads. In order to reduce the additional moment, this study used the semi-rigid connections which lie between fully rigid and pinned. If the semi-rigid connections are used for superstructures of VLFS, the moment of beams can be reduced and more economical construction will be possible. This study aims to show the effect of wave loads on structure and the efficiency of the semi-rigid connections due to wave loads by analyzing the time history responses. The dynamic behaviors of the rigid frame are compared with those of the semi-rigid frame considering of static loads, wave loads and combination loads for a four-bay, three-story frames. The semi-rigid connection type is a steel tubular column with square external-diaphragm connections and the time history analysis is used for the dynamic responses. The additional moment responses due to wave loads increase $33\%$ in the rigid frame, $26\%$ in the semi-rigid frame with the spring model.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.26
no.2
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pp.84-91
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2022
This study investigated the behavior of out-of-plane skewed moment connections that were designed as IMFs, as per the Korean standards. A total of 14 finite element models were constructed with the consideration of two types (single- and double-sided connections) and four levels of skew angle (0°, 10°, 20°, and 30°). The results indicated that the skewed connections considered in this study met the acceptance criteria for IMFs given by the codes. However, the load-carrying capacities of skewed connections were decreased as the skew angle increased. For the connection with a skew angle of 30°, the peak load was noted to be 13% less and the energy dissipation capacity could be 26% less than that of non-skewed connection. In addition, because of the skewed nature, the stress distribution in the skewed beam flange near the connection was asymmetric and the stresses were concentrated on the beam inner flange. Column twisting induced by the skewed configuration was very small and negligible in the beam and column combination considered in this study.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.20
no.5
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pp.35-43
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2016
In order to understand rotation behavior of high strength steel endplate connections under fire, this study is compared with existing studies conducted using FEA program. Eurocode 3 presents the three failure modes according to the prediction of bending resistance moment. The parameters of analysis model are temperature, thickness and steel materials of endplate. The rotation stiffness, and bending resistance moment are analyzed according to the parameters. The change of rotation stiffness and bending resistance moment are analyzed about the parameters, regression equations are suggested the change of high strength steel endplate connections. Consequently, the regression equations were proposed as the linear and quadratic equation. The moment ratio of high strength steel under fire was more reduced than the carbon steel, and was small effect about the thickness. When the high strength steel under fire was compared with at ambient temperature, the slope of initial rotation stiffness reduced, the increment ratio of moment was slow, and the change of plastic rotation stiffness wasn't effect by the thickness increase.
The behavior of moment resistant steel structures depends on both the beam-column connections and columns foundations connections. Obviously, if the connections can meet the adequate ductility and resistance against lateral loads, the seismic capacity of these structures will be linked practically to the performance of these connections. The shape memory alloys (SMAs) have been most recently used as a means of energy dissipation in buildings. The main approach adopted by researchers in the use of such alloys is firstly bracing, and secondly connecting the beams to columns. Additionally, the behavior of these alloys is modeled in software applications rarely involving equivalent torsional springs and column-foundation connections. This paper attempts to introduce the shape memory alloys and their applications in steel structural connections, proposing a new steel column-foundation connection, not merely a theoretical model but practically a realistic and applicable model in structures. Moreover, it entails the same functionality as macro modeling software based on real behavior, which can use different materials to establish a connection between the columns and foundations. In this paper, the suggested steel column-foundation connection was introduced. Moreover, exploring the seismic dynamic behavior under cyclic loading protocols and the famous earthquake records with different materials such as steel and interconnection equipment by superelastic shape memory alloys have been investigated. Then, the results were compared to demonstrate that such connections are ideal against the seismic behavior and energy dissipation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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