This paper presents an experimental study of a newly developed composite floor system, built up from thin-walled C-profiles and upper concrete deck. Trapezoidal sheeting provides the formwork and the fastening of the sheet transmits the shear forces between the C-profiles and the deck. The modified formation of the standard self-drilling screw in the beam-to-sheet connection is applied as shear connector. Push-out tests are completed to study the composite behaviour of the different connection arrangements. On the basis of the test results the behaviour is characterized by the observed failure modes. The design values of the connection stiffness and strength are calculated by the recommendation of Eurocode 4. In the next phase of the experimental study six full-scale composite beams are tested. The global geometry is based on the proposed geometry of the developed floor system. The applied shear connections are selected as the most efficient arrangements obtained from the push-out tests. The experimental behaviour of the composite beams are discussed and evaluated. As a conclusion of the experimental study the Eurocode 4 plastic design method is validated for the developed composite floor.
As the deep deck plate has the shape of open cross section, It can cause structural problems such as bending torsions due to instability of the section. There are a number of fasteners types which are frequently used on light gage steel diaphragms such as bolts, rivets, welds, and screws. In this study, the structural capacity of the self drilling screw connection between the deep deck and the reinforced cap plate was evaluated by experimental variables such as the arrangement method, numbers of screw, pitch of screw, and head plate thickness.
An experimental investigation to study the behaviour of connections between cold-formed steel (CFS) joist and plywood structural panel is presented in this paper. Material testing on CFS and plywood was carried out to assess their mechanical properties and behaviour. Push-out tests were conducted to determine the slip modulus and failure modes of three different shear connection types. The employed shear connectors in the study were; size 14 (6mm diameter) self-drilling screw, M12 coach screw, and M12 nut and bolt. The effective bending stiffness of composite cold-formed steel and plywood T-beam assembly is calculated based on the slip modulus values computed from push-out tests. The effective bending stiffness was increased by 25.5%, 18% and 30.2% for self-drilling screw, coach screw, nut and bolt, respectively, over the stiffness of cold-formed steel joist alone. This finding suggests the potential to enhance the structural performance of composite cold-formed steel and timber flooring system by mobilisation of composite action present between timber sheathing and CFS joist.
G, Beulah Gnana Ananthi;Roy, Krishanu;Lim, James B.P.
Steel and Composite Structures
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v.42
no.4
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pp.513-538
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2022
This paper reports on experiments addressing the buckling and collapse behavior of an innovative built-up cold-formed steel (CFS) columns. The built-up column consists of four individual CFS lipped channels, two of them placed back-to-back at the web using two self-drilling screw fasteners at specified spacing along the column length, while the other two channels were connected flange-to-flange using one self-drilling screw fastener at specified spacing along the column length. In total, 12 experimental tests are reported, covering a wide range of column lengths from stub to slender columns. The initial geometric imperfections and material properties were determined for all test specimens. The effect of screw spacing, load-versus axial shortening behaviour and buckling modes for different lengths and screw spacing were investigated. Nonlinear finite element (FE) models were also developed, which included material nonlinearities and initial geometric imperfections. The FE models were validated against the experimental results, both in terms of axial capacity and failure modes of built-up CFS columns. Furthermore, using the validated FE models, a parametric study was conducted which comprises 324 models to investigate the effect of screw fastener spacing, thicknesses and wide range of lengths on axial capacity of back-to-back and flange-to-flange built-up CFS channel sections. Using both the experimental and FE results, it is shown that design in accordance with the American Iron and Steel Institute (AISI) and Australia/New Zealand (AS/NZS) standards is slightly conservative by 6% on average, while determining the axial capacity of back-to-back and flange-to-flange built-up CFS channel sections.
Park, Jin-Seo;Yu, Won-Jae;Kyung, Hee-Moon;Kwon, Oh-Won
The korean journal of orthodontics
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v.39
no.4
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pp.203-212
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2009
Objective: The aim of this study was to evaluate the strain induced in the cortical bone surrounding an orthodontic microimplant during insertion in a self-drilling manner. Methods: A 3D finite element method was used to simulate the insertion of a microimplant (AbsoAnchor SH1312-7, Dentos Co., Daegu, Korea) into 1 mm thick cortical bone. The shape and dimension of thread groove in the center of the cortical bone produced by the cutting flute at the apical of the microimplant was obtained from animal test using rabbit tibias. A total of 3,600 analysis steps was used to calculate the 10 turns and 5 mm advancement of the microimplant. A series of remesh in the cortical bone was allowed to accommodate the change in the geometry accompanied by the implant insertion. Results: Bone strains of well higher than 4,000 microstrain, the reported upper limit for normal bone remodeling, were observed in the peri-implant bone along the whole length of the microimplant. Level of strains in the vicinity of either the screw tip or the valley part were similar. Conclusions: Bone strains from a microimplant insertion in a self-drilling manner might have a negative impact on the physiological remodeling of cortical bone.
A behavior model for screw connections is developed to provide a better representation of the nonlinear response of thin steel plate shear walls (TSPSWs) with infill plates attached to the boundary frame members via self-drilling screws. This analytical representation is based on the load-bearing deformation relationship between the infill plate and the screw threads. The model can be easily implemented in strip models of TSPSWs where the tension field action of the infill plates is represented by a series of parallel discrete tension-only strips. Previously reported experimental results from tests of two different TSPSWs are used to provide experimental validation of the modeling approach. The beam-to-column connection behavior was also included in the analyses using a four parameter rotational spring model that was calibrated to a test of an identical frame as used for the TSPSW specimens but without the infill plates. The complete TSPSW models consisting of strips representing the infill plates, zero length elements representing the load-bearing deformation response of the screw connection at each end of the strips and the four parameter spring model at each beam-to-column connection are shown to have good agreement with the experimental results. The resulting models should enable design and analysis of TSPSWs for both new construction and retrofit of existing buildings.
To make direct comparisons regarding the cyclic behavior of thin steel plate shear walls (TSPSWs) with different infill-to-boundary frame connections, two TSPSWs were tested under quasi-static conditions, one having the infill plate attached to the boundary frame members on all edges and the other having the infill plate connected only to the beams. Also, the bare frame that was used in the TSPSW specimens was tested to provide data for the calibration of numerical models. The connection of infill plates to surrounding frames was achieved through the use of self-drilling screws to fish plates that were welded to the frame members. The behavior of TSPSW specimens are compared and discussed with emphasis on the characteristics important in seismic response, including the initial stiffness, ultimate strength and deformation modes observed during the tests. It is shown that TSPSW specimens achieve significant ductility and energy dissipation while the ultimate failure mode resulted from infill plate fracture at the net section of the infill plate-to-boundary frame connection after substantial infill plate yielding. Experimental results are compared to monotonic pushover predictions from computer analysis using strip models and the models are found to be capable of approximating the monotonic behavior of the TSPSW specimens.
Kim, Sang-Woo;Park, Jun-Chul;Lee, Dong-Heub;Son, Dong-Won;Hong, Soon-Il
Journal of the Korean Wood Science and Technology
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v.36
no.6
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pp.77-87
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2008
Wooden model erosion control dam was made with pitch pine, of which the strength properties was evaluated. Wooden model erosion control dam was made with diameter 90 mm of pitch pine round posts treated with CUAZ-2 (Copper Azole), changing joint in three different types. In each type, erosion control dam was made in nine floor (cross-bar of five floors and vertical-bar of four floors), of which the hight was 790 mm. And then strength properties were investigated through horizontal loading test and impact strength test, and the deformation of structure through image processing (AICON 3D DPA-PRO system). In horizontal loading test of wooden model erosion control dam using round post of diameter 90 mm, whether there was stone or not did not affect strength much when using self drill screw, but strength was decreased by 23%. In monolithic type of erosion control dam using screw bar, strength was increased by 1.5 times and deformation was decreased when filling with stone. When reinforcing with screw bar that ring is connected to self drill screw, strength was increased by 4.8 times. In impact strength test of wooden model erosion control dam made with round post of diameter 90 mm, the erosion control dam connected with self drilling screw not filling with stone was totally destroyed by the 1st impact, and the erosion control dam using screw bar was ruptured at cross-bar at which 779 kgf of impact was loaded in the 1st impact. In the 2nd impact, the base parts were ruptured, and reaction force was decreased to 545 kgf. In the 3rd impact, whole base parts were destroyed, and reaction force was decreased to 263 kgf.
Kwon, Young Bong;Kang, Sueng Won;Chung, Hyun Suk;Choi, Young Hyun
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.15
no.5
s.66
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pp.519-529
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2003
In recent years, the use of cold-formed steel roof truss has been increased in the steel houses and high-rise apartments. The design of the roof truss anchor connections has been based on the experience and decision of designers. In this paper, the structural behavior of anchor connections based on experimental and decision is described. In the tests, truss members and connection members were jointed directly with self-drilling screw fasteners and the simple shaped connection member with excellent workability and structural capacity was used to connect roof truss and sub-structure. The connecting method was selected according to the construction material of sub-structure: chemical anchor for reinforced concrete structure and welding or DX-Pin for steel structures. The pull-out tests of various type anchor connection were executed to obtain the strength and the stiffness and the result have been compared with AISI(1996) and AlSC(1989) specifications, Simple formulas for the shear strength of screw connections have been propose and compared with tests.
Objective: The purpose of this study was to evaluate the mechanical performance of mini-screws during insertion into artificial bone with use of the driving torque tester (Biomaterials Korea, Seoul, Korea), as well as testing of Pull-out Strength (POS). Methods: Experimental bone blocks with different cortical bone thickness were used as specimens. Three modules of commercially available drill-free type mini-screws (Type A; pure cylindrical type, Biomaterials Korea, Seoul, Korea, Type B; partially cylindrical type, Jeil Medical, Seoul, Korea, Type C; combination type of cylindrical and tapered portions, Ortholution, Seoul, Korea), were used. Results: Difference in the cortical bone thickness had little effect on the maximum insertion torque (MIT) in Type A mini-screws. But in Type B and C, MIT increased as the cortical bone thickness Increased. MIT of Type C was highest in all situations, then Type B and Type A in order. Type C showed lower POS than Type A or B in all situations. There were statistically significant correlations between cortical bone thickness and MIT, and POS for each type of the mini-screws. Conclusion: Since different screw designs showed different insertion torques with increases in cortical bone thickness, the best suitable screw design should be selected according to the different cortical thicknesses at the implant sites.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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