Han Xiao;Wei Wang;Chen Xu;Sheraz Abbas;Zhiping Lin
Steel and Composite Structures
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v.50
no.6
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pp.659-674
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2024
Casting Ultra High-Performance Concrete (UHPC) on an orthotropic steel deck and forming a composite action by connectors could improve the steel deck fatigue performance. This study presents the mechanical performance of a proposed post-combination connection between UHPC and steel, which had a low constraint effect on UHPC shrinkage. A total of 10 push-out tests were conducted for static and fatigue performance investigations. And the test results were compared with evaluation methods in codes to verify the latter's applicability. Meanwhile, nonlinear simulation and parametric works with material damage plasticity models were also conducted for the static and fatigue failure mechanism understanding. The static and fatigue test results both showed that fractures at stud roots and surrounding local UHPC crushes were the main failure appearances. Compared with normally arranged studs, group arrangement could result in reductions of static stud shear stiffness, strength, and fatigue lives, which were about 18%, 12%, and 27%, respectively. Compared with the test results, stud shear capacity and fatigue lives evaluations based on the codes of AASHTO, Eurocode 4, JSCE and JTG D64 could be applicable in general while the safety redundancies tended to be smaller or even insufficient for group studs. The analysis results showed that arranging studs in groups caused obviously uneven strain distributions. The severer stress concentration and larger strain ranges caused the static and fatigue performance degradations of group studs. The research outcome provides a very important basis for establishing a design method of connections in the novel post-combination steel-UHPC composite deck.
Kim, Sang-Hyo;Park, Se-Jun;Heo, Won-Ho;Jung, Chi-Young
Steel and Composite Structures
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v.18
no.2
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pp.497-517
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2015
This study evaluates behavior of the Y-type perfobond rib shear connector proposed by Kim et al. (2013). In addition, an empirical shear resistance formula is developed based on push-out tests. Various types of the proposed Y-type perfobond rib shear connectors are examined to evaluate the effects of design variables such as concrete strength, number of transverse rebars, and thickness of rib. It is verified that higher concrete strength increases shear resistance but decreases ductility. Placing transverse rebars significantly increases both the shear resistance and ductility. As the thickness of the ribs increases, the shear resistance increases but the ductility decreases. The experimental results indicate that a Y-type perfobond rib shear connector has higher shear resistance and ductility than the conventional stud shear connector. The effects of the end bearing resistance, resistance by transverse rebars, concrete dowel resistance by holes, and concrete dowel resistance by Y-shape ribs on the shear resistance are estimated empirically based on the push-out test results and the additional push-out test results by Kim et al. (2013). An empirical shear resistance formula is suggested to estimate the shear resistance of a Y-type perfobond shear connector for design purposes. The newly developed shear resistance formula is in reasonable agreement with the experimental results because the average ratio of measured shear resistance to estimated shear resistance is 1.024.
Choi, Jin Woong;Park, Byung Gun;Kim, Hyeong Jun;Jeong, Ho Seong;Park, Sun Kyu
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.15
no.1
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pp.138-147
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2011
The objective of this study which it sees direct shear stress and comparative analysis of flexural shear stress leads and it is a shear stress analysis which it follows in load direction of the structure which uses Perfobond Rib shear connectors. To analyze direct shear stress, five Perfobond Rib shear connect experiments were fabricated with five variables and conducted Push-out Tests. After experiments, mechanism of Perfobond Rib shear connector was examined and direct shear formula was proposed based on primary factors which influence direct shear stress. Also, for the analysis of flexural shear steel-concrete composite slab specimens were fabricated and static flexural test. Based on the static flexural test it analyzed the flexural behavior and the flexural shear stress it calculated. Direct shear stress and EN 1994-1-1 to lead and be calculated, it compared the flexural shear stress and it analyzed in about the shear resistance stress which it follows in load direction.
The composite actions of truss beams and floor slabs are not reflected on the design of the truss beam in domestic practice. In this research, basic experiments were conducted on a composite truss with the top and bottom chord members consisting of the H-shaped members. The tests were performed to evaluate the mechanical behaviors of the composite truss on the effects with the shear studs and without them. The specimens consisted of the steel truss and non-composite and composite trusses, and one-point-concentrated loading at the center and equivalent loading were monotonically applied. The composite effects were experimentally identified in the composite trusses using the shear stud connectors.
Steel-concrete composite structures have been extensively used in building, bridges, and other civil engineering infrastructure. Shear stud connectors between steel and concrete are essential in composite members to guarantee the effectiveness of their behavior in terms of strength and deformability. This study focuses on investigating the shear stiffness of headed studs embedded in several types of concrete with wide range of compressive strength, and their effects on the elastic behavior of steel-concrete composite girders were evaluated. Firstly, totally 206 monotonic push-out tests from the literature were reviewed to investigate the shear stiffness of headed studs embedded in various types of concrete (NC, HPC, UHPC etc.). Shear stiffness of studs is defined as the secant stiffness of the load-slip curve at 0.5Vu, and a formulation for predicting defined shear stiffness in elastic state was proposed, indicating that the stud diameter and the elastic modulus of steel and concrete are the main factors. And the shear stiffness predicted by the new formula agree well with test results for studs with a diameter ranging from 10 to 30 mm in the concrete with compressive strength ranging from 22.0 to 200.0MPa. Then, the effects of shear stiffness on the elastic behaviors of composite girders with different sizes and under different loading conditions were analyzed, the equations for calculating the stress and deformation of simply supported composite girders considering the influence of connection's shear stiffness were derived under different loading conditions using classical linear partial-interaction theory. As the increasing of shear stiffness, the stress and deflection at the most unfavorable section under partial connected condition tend to be those under full connected condition, but the approaching speed decreases gradually. Finally, the connector's shear stiffness was recommended for fully connection in composite girders with different dimensions under different loading conditions. The findings from present study may provide a reference for the prediction of shear stiffness for headed studs and the elastic design of steel-concrete composite girder.
This paper evaluates the effective width of composite steel beams with precast hollowcore slabs numerically using the finite element method. A parametric study, carried out on 27 beams with different steel cross sections, hollowcore unit depths and spans, is presented. The effective width of the slab is predicted for both the elastic and plastic ranges. 8-node three-dimensional solid elements are used to model the composite beam components. The material non-linearity of all the components is taken into consideration. The non-linear load-slip characteristics of the headed shear stud connectors are included in the analysis. The moment-deflection behaviour of the composite beams, the ultimate moment capacity and the modes of failure are also presented. Finally, the ultimate moment capacity of the beams evaluated using the present FE analysis was compared with the results calculated using the rigid - plastic method.
Kim, Sang-Hyo;Yoon, Ji-Hyun;Ahn, Jin-Hee;Lee, Sang-Woo
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.29
no.6A
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pp.651-659
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2009
This study dealt with the behavior of pile-abutment joints in integral abutment bridges. Two types of pile-abutment joints were proposed to strengthen its rigid action. One was fabricated with transverse rebars which penetrated the H-pile in the abutment. The other was composed of stud shear connectors on the flanges of the H-pile. Three half scaled pile-abutment joint specimens were fabricated and loading tests were performed to evaluate the behavior of proposed joints. The results showed that the initial stiffness in elastic region of all specimens was sufficient to be applied for the integral abutment bridges. However, the performances of the proposed joints were shown to be more effective in rigid action compared to the joints types suggested by the Integral Bridge Design Guideline. The results from stiffness, strength, rotation and crack propagation tests supported this matter.
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.2
no.2
s.5
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pp.105-113
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2002
Steel-Concrete composite girders have been used since early in the 1920's due to their advantages, which are lower weight, increasement of stiffness, slenderness, long span. However, in designing short to continuous composite bridges, negative moment occurs in mid-support and creates problems such as cracks in the concrete slab. Therefore, partially composite bridges are considered. In this time, slab-anchor is used in these. If the stiffness of shear connectors is insufficient, slip would happen at the contact surface. Partial interaction is the case that takes account of slips. In this paper, the evaluation of initial shear stiffness of slab-anchor in composite bridges is obtained from Push-Out specimen. Also, finite element analyses which uses the initial shear stiffness of slab-anchor got the experiment are carried out on simple composite girder and continuous composite girder. Futhermore, the ratio of composite according to various shear stiffness are investigated and the classification according to the ratio of composite is proposed.
Dias, Maiga M.;Tamayo, Jorge L.P.;Morsch, Inacio B.;Awruch, Armando M.
Computers and Concrete
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v.15
no.4
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pp.687-707
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2015
A finite element computer code for short-term analysis of steel-concrete composite structures is extended to study long-term effects under service loads, in the present work. Long-term effects are important in engineering design because they influence stress and strain distribution of the structural system and therefore contribute to the increment of deflections in these structures. For creep analysis, a rheological model based on a Kelvin chain, with elements placed in series, was employed. The parameters of the Kelvin chain were obtained using Dirichlet series. Creep and shrinkage models, proposed by the CEB FIP 90, were used. The shear-lag phenomenon that takes place at the concrete slab is usually neglected or not properly taken into account in the formulation of beam-column finite elements. Therefore, in this work, a three-dimensional numerical model based on the assemblage of shell finite elements for representing the steel beam and the concrete slab is used. Stud shear connectors are represented for special beam-column elements to simulate the partial interaction at the slab-beam interface. The two-dimensional representation of the concrete slab permits to capture the non-uniform shear stress distribution in the horizontal plane of the slab due to shear-lag phenomenon. The model is validated with experimental results of two full-scale continuous composite beams previously studied by other authors. Results are given in terms of displacements, bending moments and cracking patterns in order to shown the influence of long-term effects in the structural response and also the potentiality of the present numerical code.
Min Jin;Jung In-Keun;Shim Chang-Su;Chung Young-Soo
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.17
no.3
s.87
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pp.393-400
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2005
Steel encased composite columns have been used for buildings and piers of bridges. Since the column section for the pier is relatively larger than that of building columns, economical steel ratio needs to be investigated for the required performance. Composite action between concrete and embedded steel sections can be obtained by bond 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. Bond strength obtained from the tests showed considerably higher value 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 Steel Reinforced Concrete(SRC) columns.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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