Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.9
no.5
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pp.15-21
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2009
The design of the stud shear connector of a bridge structure is mostly controlled by the fatigue resistance not by the strength, if it is followed by AASHTO LRFD Bridge Design Specification. This fatigue design code in AASHTO LRFD is based on the research work done by Slutter and Fisher in 1966. These tests seemingly underestimated the fatigue resistance of connectors because of the inherent eccentricity of the one-face test setup which results additional tension forces to the stud. In addition, the stress ranges were not plotted in the log scale, because it was not known at that time that the fatigue resistance of the welded steel structures has a linear relationship of log scales of stress range and number of loading cycles. This study evaluates the test data produced by the Slutter and Fischer, and plot the data on the proper manner. The fatigue push-out test data produced recently by many other researches all around the world are gathered and analyzed, furthermore a design curve is recommended.
In composite girders with steel embedded in concrete as preflex beams, horseshoe connectors and bar connectors are commonly used to achieve composite action. Considering the requirements on the concrete cover in the thin concrete part surrounding a steel member, it has limitations with respect to the use of stud shear connectors, and significant bond and friction resistance can be generated. High horizontal shear strength between the casing concrete and the steel section is needed to introduce prestress to the concrete section in the form of preflex beams.In this paper, experiments on the evaluation of the static strength of horseshoe connectors and bar connectors were conducted and the effects of bonds were also considered. Based on the test results, current design codes were estimated and more general design guidelines that consider the design concept of Eurocode were proposed for the connectors. A strength evaluation according to failure and compared with the test results.
This study was conducted to investigate the residual bearing capacity of steel-concrete composite beams under high-cycle fatigue loading through experiments and theoretical analysis. Six test beams with stud connectors were designed and fabricated for static, complete fatigue, and partial fatigue tests. The failure modes and the degradation of several mechanical performance indicators of the composite beams under high-cycle fatigue loading were analyzed. A calculation method for the residual bearing capacity of the composite beams after certain quantities of cyclic loading cycles was established by introducing nonlinear fatigue damage models for concrete, steel beam, and shear connectors beginning with the material residual strength attenuation process. The results show that the failure mode of the composite beams under the given fatigue load appears to be primarily affected by the number of cycles. As the number of fatigue loadings increases, the failure mode transforms from mid-span concrete crushing to stud cutting. The bearing capacity of a 3.0-m span composite beam after two million fatigue cycles is degraded by 30.7% due to premature failure of the stud. The calculated values of the residual bearing capacity method of the composite beam established in this paper agree well with the test values, which indicates that the model is feasibly applicable.
Seracino, Rudolf;Oehlers, Deric J.;Yeo, Michael F.
Structural Engineering and Mechanics
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v.13
no.4
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pp.455-464
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2002
There is a growing demand to assess the remaining strength and endurance of existing composite steel and concrete bridge beams due to the aging infrastructure, increases in permissible vehicle weights and increases in their frequencies. As codes are generally dedicated to the design of new structures, new procedures are required to aid in the assessment of existing bridges to ensure that they are utilised to the full. In this paper, simple expressions are presented to perform partial-interaction analyses directly from full-interaction analyses, so that the beneficial effect of partial-interaction on the shear forces on the shear connectors can be utilised in assessment to extend the fatigue life of simply supported bridge beams and to determine the effect of remedial work if necessary. Use of the assessment technique is described by way of an illustrative example.
Jung In Keun;Min Jin;Shim Chang Su;Chung Young Soo
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2004.11a
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pp.485-488
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2004
Steel encased composite columns have been used for buildings and piers of bridges. Since column section for pier is relatively larger than that of building columns, economical steel ratio need to be investigated for the required performance. Composite action between concrete and embedded steel sections can be obtained by bonding and friction. However, the behavior. of the column depends on the load introduction mechanism. Compression can be applied to concrete section, steel section and composite section. In this paper, experiments on shear strength of the steel encased composite column were performed to study the effect of confinement by transverse reinforcements, mechanical interlock by holes, and shear connectors. Shear strength obtained from the tests showed considerably higher than the design value. Confinement, mechanical interlock and stud connectors increased the shear strength and these values can be used effectively to obtain composite action of SRC columns.
An innovated type of the flat steel plate-lightweight aggregate concrete hollow composite slab was presented in this paper. This kind of the slab is composed of flat steel plate and the lightweight aggregate concrete slab, which were interfaced with a set of perfobond shear connectors (PBL shear connectors) with circular hollow structural sections (CHSS) and the shear stud connectors. Five specimens were tested under static monotonic loading. In the test, the influence of shear span/height ratios and arrangements of CHSS on bending capacity and flexural rigidity of the composite slabs were investigated. Based on the test results, the crack patterns, failure modes, the bending moment-curvature curves as well as the strains of the flat steel plate and the concrete were focused and analyzed. The test results showed that the flat steel plate was fully connected to the lightweight aggregate concrete slab and no obvious slippage was observed between the steel plate and the concrete, and the composite slabs performed well in terms of bending capacity, flexural rigidity and ductility. It was further shown that all of the specimens failed in bending failure mode regardless of the shear span/height ratios and the arrangement of CHSS. Moreover, the plane-section assumption was proved to be valid, and the calculated formulas for predicting the bending capacity and the flexural rigidity of the composite slabs were proposed on the basis of the experimental results.
In a will to subdue the brittleness as well as the low tensile and flexural strengths of ordinary concrete, researches are being actively watched worldwide on steel fiber-reinforced Ultra High Performance Concrete (UHPC) obtained by admixing steel fibers in ultra high strength concrete. For the purpose of maximizing advantage of UHPC, this study removes the upper flange of the steel girder to apply an inverted T-shape girder for the formation of the composite beam. This paper intends to evaluate the behavior of the shear connectors and the flexural characteristics of the composite beam made of the inverted T-shape girder and UHPC slab using 16 specimens considering the compressive strength of concrete, the mixing ratio of steel fiber, the spacing of shear connectors and the thickness of the slab as variables. In view of the test results, it seemed that the appropriate stud spacing should range between 100 mm and 2 or 4 times the thickness of the slab. Moreover, the relative displacement observed in the specimens showed that ductile behavior was secured to a certain extent with reference to the criteria for ductile behavior suggested in Eurocode-4. The specimens with large stud spacing exhibited larger values than given by the design formula and revealed that the shear connectors developed larger ultimate strength than predicted owing to the action of UHPC and steel after non-composite behavior. Besides, the specimens with narrow stud spacing failed suddenly through compression at the upper chord of UHPC before reaching the full capacity of the shear connectors.
The adoption of a composite beam system is regarded as a simple but effective solution because it improves the overall stiffness, strength and stability of the structure by welding shear studs. However, welding shear studs poses problems including electric shock and weld defects. Mechanical methods have emerged as an alternative to metallurgical methods for connecting the H-beam and shear connector. Four specimens were tested in order to compare the structural behavior of the proposed composite beams with that of the classical composite beam given the condition of horizontal loading. With the original composite beam (FCB-SB specimen) using stud bolts, hysteresis loops are stable, but its strength decreased with the crashing of the concrete slab around the column. The suggested composite beams using shear connectors also yielded stable hysteresis loops. Consequently, use of the suggested composite beams instead of the original composite beam are recommended.
Steel box girder bridges are being commonly designed for medium-span bridges of span length. Composite truss bridges with steel diagonals instead of concrete webs can be an excellent design alternative, because it can reduce the dead weight of superstructures. One of the key issues in the design of composite truss bridges is the joint structureconnecting the diagonal steel members with the upper and lower concrete slabs. Because the connection has to carry concentrated combined loads and the design provisions for the joint are not clear, it is necessary to investigate the load transfer mechanism and the design methods for each limit state. There are various connection details according to the types of diagonal members. In this paper, the joint structure with group stud connectors welded on a gusset plate is used. Push-out tests for the group stud connectors of were performed. The test results showed that the current design codes on the ultimate strength ofthe stud connection can be used when the required minimum spacing of stud connectors is satisfied. Flexure-shear tests were conducted to verify the applicability of the design provisions for combined load effects to the strength of joint structures. To increase the pullout strength of the connection, bent studs were proposed and utilized for the edge studs in the group arrangement of the joint. The results showed that the details of the joint structure were enhanced. Thereafter, design guidelines were proposed.
Wei, Xing;Shariati, M.;Zandi, Y.;Pei, Shiling;Jin, Zhibin;Gharachurlu, S.;Abdullahi, M.M.;Tahir, M.M.;Khorami, M.
Steel and Composite Structures
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v.27
no.3
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pp.389-399
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2018
A perforated shear connector group is commonly used to transfer shear in steel-concrete composite structures when the traditional shear stud connection is not strong enough. The multi-hole perforated shear connector demonstrates a more complicated behavior than the single connector. The internal force distribution in a specific multi-hole perforated shear connector group has not been thoroughly studied. This study focuses on the load-carrying capacity and shear force distribution of multi-hole perforated shear connectors in steel-concrete composite structures. ANSYS is used to develop a three-dimensional finite element model to simulate the behavior of multi-hole perforated connectors. Material and geometric nonlinearities are considered in the model to identify the failure modes, ultimate strength, and load-slip behavior of the connection. A three-layer model is introduced and a closed-form solution for the shear force distribution is developed to facilitate design calculations. The shear force distribution curve of the multi-hole shear connector is catenary, and the efficiency coefficient must be considered in different limit states.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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