• Steel and Composite Structures
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• 제17권6호
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• pp.967-980
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• 2014

In regions of high shear forces in composite bridges, headed stud shear connectors need to be arranged with a small spacing in order to satisfy the design requirement of resisting the high interface shear force present at this location. Despite this, studies related to groups of headed studs are somewhat rare. This paper presents an investigation of the static behaviour of grouped stud shear connectors in high-strength concrete. Descriptions are given of five push-out test specimens with different arrangements of the studs that were fabricated and tested, and the failure modes, load-slip response, ultimate load capacities and related slip values that were obtained are reported. It is found that the load-slip equation given by some researchers based on a single stud shear connector in normal strength concrete do not apply to grouped stud shear connectors in high-strength concrete, and an algebraic load-slip expression is proposed based on the test results. Comparisons between the test results and the formulae provided by some national codes show that the equations for the ultimate capacity provided in these codes are conservative when used for connectors in high-strength concrete. A reduction coefficient is proposed to take into account the effect of the studs being in a group.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제71권4호
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• pp.433-444
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• 2019

Shear studs are often used to connect steel girders and concrete deck to form a composite bridge system. The application of precast concrete deck to steel-concrete composite bridges can improve the strength of decks and reduce the shrinkage and creep effect on the long-term behavior of structures. How to ensure the connection between steel girders and concrete deck directly influences the composite behavior between steel girder and precast concrete deck as well as the behavior of the structure system. Compared with traditional multi-I girder systems, a twin-I girder composite bridge system is more simplified but may lead to additional requirements on the shear studs connecting steel girders and decks due to the larger girder spacing. Up to date, only very limited quantity of researches has been conducted regarding the behavior of shear studs on twin-I girder bridge systems. One convenient way for steel composite bridge system is to cast concrete deck in place with shear studs uniformly-distributed along the span direction. For steel composite bridge system using precast concrete deck, voids are included in the precast concrete deck segments, and they are casted with cast-in-place concrete after the concrete segments are erected. In this paper, several sets of push-out tests are conducted, which are used to investigate the heavier of shear studs within the voids in the precast concrete deck. The test data are analyzed and compared with those from finite element models. A simplified shear stud model is proposed using a beam element instead of solid elements. It is used in the finite element model analyses of the twin-I girder composite bridge system to relieve the computational efforts of the shear studs. Additionally, a parametric study is developed to find the effects of void size, void spacing, and shear stud diameter and spacing. Finally, the recommendations are given for the design of precast deck using void for twin I-girder bridge systems.

• Steel and Composite Structures
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• 제38권1호
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• pp.87-102
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• 2021

To investigate the failure form, bending stiffness, and residual bearing capacity of monolithic composite beams with laminated slab throughout the fire process, fire tests of four monolithic composite beams with laminated slab were performed under constant load and temperature increase. Different factors such as post-pouring layer thickness, lap length of the prefabricated bottom slab, and stud spacing were considered in the fire test. The test results demonstrate that, under the same fire time and external load, the post-pouring layer thickness and stud spacing are important parameters that affect the fire resistance of monolithic composite beams with laminated slab. Similarly, the post-pouring layer thickness and stud spacing are the predominant factors affecting the bending stiffness of monolithic composite beams with laminated slab after fire exposure. The failure forms of monolithic composite beams with laminated slab after the fire are approximately the same as those at room temperature. In both cases, the beams underwent bending failure. However, after exposure to the high-temperature fire, cracks appeared earlier in the monolithic composite beams with laminated slab, and both the residual bearing capacity and bending stiffness were reduced by varying degrees. In this test, the bending bearing capacity and ductility of monolithic composite beams with laminated slab after fire exposure were reduced by 23.3% and 55.4%, respectively, compared with those tested at room temperature. Calculation methods for the residual bearing capacity and bending stiffness of monolithic composite beams with laminated slab in and after the fire are proposed, which demonstrated good accuracy.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제30권6호
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• pp.479-484
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• 2017

본 논문에서는 국부좌굴 현상을 고려하여 강판 콘크리트 패널(SCP)의 유한요소 해석을 수행하고 설계지침과 비교하여 전단 스터드의 효율적인 스터드 배치 간격을 연구하였다. 강판 콘크리트 구조의 설계 및 기술기준은 전단 균열의 전개와 국부 좌굴 현상을 방지하기 위하여 스터드의 최대 간격을 제한하고 있으나 이는 기존 강재-콘크리트 합성 구조의 설계기준을 토대로 산정되었다. 이에 유한요소 해석 프로그램을 이용한 강판 및 SCP의 국부좌굴 부재 해석을 통하여 스터드 최대 배치 간격을 구하고 설계지침에서 제시한 값과 비교하였다. 먼저, 단일 강판에 대하여 국부좌굴 해석을 수행하여 판좌굴 이론과 비교 검증하였고, 연속적인 스터드 배치에 따른 영향을 확인하기 위하여 다수의 강판이 연결된 경우에 대하여 해석을 수행하였다. 또한 강판 콘크리트 구조에서 콘크리트의 영향 및 합성 거동에 따른 영향을 확인하기 위하여 강판 콘크리트 구조를 모델링하고, 국부좌굴이 발생하지 않는 스터드 배치 최대 간격을 구하여 설계지침과 비교하였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제27권6호
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• pp.677-685
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• 2015

최근 일반적인 콘크리트의 단점인 낮은 인장강도 및 휨강도와 취성파괴를 극복하기 위하여 초고성능 콘크리트에 강섬유를 혼입한 강섬유 보강 초고성능 콘크리트(UHPC)에 대한 연구가 주목받고 있다. 본 논문에서는 UHPC의 장점을 극대화하기 위하여 합성보 구성 시에 강재 거더의 상부 플랜지를 없앤 역T형 거더를 적용하여, 콘크리트 압축강도, 섬유 혼입률, 전단연결재 간격 및 바닥판 두께 등의 변수를 가지는 역T형 거더와 UHPC 바닥판을 합성한 합성보를 16 개 제작하고 전단연결재의 거동, 휨거동 특성 등을 실험적으로 파악하고자 하였다. 실험결과를 기준으로 볼 때, 향후 UHPC의 경우 스터의 간격은 100 mm에서 바닥판 두께의 2 또는 4 배 사이로 규정함이 적절할 것으로 예상된다. 또한 대부분 실험 부재의 특성 상대변위는 Eurocode-4의 기준을 만족하므로 연성 거동을 확보하는 것으로 판정되었으며, 전단연결재 간격이 넓은 부재는 설계식의 값보다 실험값이 크게 나와, 비합성 거동 후 UHPC와 강재로 전단연결재 예상저항하중보다 더 큰 극한강도를 발휘하며, 전단연결재 간격이 좁은 부재는 전단연결재가 스스로의 능력에 도달하기 전에 UHPC 상연에서 압축파괴가 급격히 발생됨을 알 수 있었다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제26권6호
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• pp.761-769
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• 2014

인장강도 및 휨강도가 낮고 취성파괴의 특성을 가지는 일반적인 콘크리트의 단점을 극복하기 위하여 최근에는 압축강도가 180 MPa이상인 고성능 콘크리트에 강섬유를 혼입한 강섬유 보강 초고성능 콘크리트(UHPC)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. UHPC 바닥판과 강재 거더를 이용하여 합성보를 구성할 때, UHPC 바닥판의 높은 강도와 강성으로 인하여 강재거더 상부 플랜지의 역할이 거의 불필요할 것으로 예상된다. 이러한 점을 착안하여 본 논문에서는 합성보 구성 시에 강재 거더의 상부플랜지를 없앤 역T형 거더를 적용하였다. 역T형 거더에 UHPC바닥판을 합성하여 합성보를 구성할 경우, 상부플랜지가 없는 이유로 전단연결재의 설치 위치가 상부플랜지 대신에 강재 거더 복부에 설치해야하는 문제점이 발생되며, 강재 복부에 설치되는 전단연결재에 대한 거동, 역T형 강거더 합성보의 휨거동 특성 등은 현재까지 실험 및 이론적으로 평가된 적이 거의 없는 실정인 이유로 이에 대한 연구가 절실하다. 이를 위하여 본 논문에서는 전단연결재 간격, 바닥판 두께 등을 변수로 하여 역T형 거더와 UHPC바닥판을 합성한 합성보를 8개 제작하여 전단연결재의 거동, 휨거동 특성 등을 파악하고자 하였다. 실험결과를 기준으로 볼 때, 향후 UHPC의 경우 스터의 간격은 100 mm에서 바닥판 두께의 2~3 배 사이로 규정함이 적절할 것으로 예상된다. 또한 실험 부재의 특성 상대변위는 Eurocode-4의 연성거동 기준에 의하면 충분한 연성 거동을 하는 것으로 판정되었으며, 바닥판이 지나치게 얇고 전단연결재의 간격이 지나치게 넓은 경우를 제외한 대부분의 부재들은 일반 콘크리트보다 UHPC의 성능이 우수하여 기존의 AASHTO LRFD 및 Eurocode-4의 식과 실험결과간의 차이가 있음을 알 수 있다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제16권4호통권71호
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• pp.397-406
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• 2004

본 논문은 경량형강으로 제작한 프레임에 경량기포모르터를 채운 경량합성벽체의 전단 거동에 대한 실험 결과와 전단 강도 및 강성 평가를 제시한 것이다. 경량기포모르터는 스틸하우스 벽체의 구조 성능 및 단열 성능의 향상과 마감에 대한 시공성 개선을 위해 도입되었다. 연구 결과 단열 성능에 대한 기여도는 낮으나, 경량기포모르터의 슬러리 비중이 0.8 이상인 경우 구조 성능의 향상과 마감성이 좋은 것으로 나타났다. 본 연구에서는 전단 거동에 미치는 경량기포모르터의 영향을 알아보기 위해 경량기포모르터의 비중(0.6, 0.8, 1.0, 1.2) 벽체의 스터드 배치간격(450mm, 600mm, 900mm), 마감재(경량기포모르터, OSB, 석고보드) 및 브레이싱 등을 변수로 한 14개의 경량합성벽체를 제작하였고 비교를 위해 대표적인 스틸하우스 벽체 3개를 제작하였다. 면내전단 실험결과, 경량기포모르터를 타설한 경량합성벽체가 기존의 스틸스터드 벽체에 비해 최대 내력은 1.15~5.38배, 초기강성은 1.45~13.7배 증가한 것으로 나타났다. 또한 벽체 내부의 스터드를 900mm까지 확장하여도 무리가 없는 것으로 나타났다. 그러나 이와 같은 결과는 건조수축 균열이 억제되지 않은 상태에서 나온 것으로 경량합성벽체의 내력을 향상시키기 위해서는 경량기포모르터의 초기 건조수축균열을 억제하고 스터드와 경량기포모르터 사이의 부착력을 확보하는 것이 무엇보다도 중요한 것으로 나타났다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제19권4호
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• pp.35-42
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• 2015

이 연구에서는 SC 전단벽의 전단 연결재인 스터드의 배치와 형상이 SC 전단벽의 거동에 미치는 영향을 살펴보기 위해 전단벽체가 반복의 전단하중을 받을 때의 거동을 해석적으로 검토하였다. 이를 위해 서로 다른 배치간격과 형상의 스터드가 배열된 SC 전단벽을 대상으로 유한요소해석을 수행하였다. 그 결과, 하중-변위이력곡선으로부터 스켈레톤 곡선을 얻었고 스터드의 간격이 좁을수록 극한강도 및 항복강도가 크게 나타남을 확인했다. 또한, 일반 스터드 보다 경사부재가 있는 경사 스터드의 강도가 더 크게 나타났고 강성비가 줄어들수록 감쇠비가 증가함을 확인했다. 최종적으로 스터드의 간격이 좁을수록 누적손상에너지가 크게 나타나며 내진성능이 우수함을 확인하였다.

• Steel and Composite Structures
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• 제13권3호
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• pp.239-258
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• 2012

In this paper, experimental investigations on high strength steel (HSS) stud connected steel-concrete composite (SCC) girders to understand the effect of shear connector density on their flexural behaviour is presented. SCC girder specimens were designed for three different shear capacities (100%, 85%, and 70%), by varying the number of stud connectors in the shear span. Three SCC girder specimens were tested under monotonic/quasi-static loading, while three similar girder specimens were subjected to non-reversal cyclic loading under simply supported end conditions. Details of casting the specimens, experimental set-up, and method of testing, instrumentation for the measurement of deflection, interface-slip and strain are discussed. It is found that SCC girder specimen designed for full shear capacity exhibits interface slip for loads beyond 25% of the ultimate load capacity. Specimens with lesser degree of shear connection show lower values of load at initiation of slip. Very good ductility is exhibited by all the HSS stud connected SCC girder specimens. It is observed that the ultimate moment of resistance as well as ductility gets reduced for HSS stud connected SCC girder with reduction in stud shear connector density. Efficiency factor indicating the effectiveness of high strength stud connectors in resisting interface forces is estimated to be 0.8 from the analysis. Failure mode is primarily flexure with fracturing of stud connectors and characterised by flexural cracking and crushing of concrete at top in the pure bending region. Local buckling in the top flange of steel beam was also observed at the loads near to failure, which is influenced by spacing of studs and top flange thickness of rolled steel section. One of the recommendations is that the ultimate load capacity can be limited to 1.5 times the plastic moment capacity of the section such that the post peak load reduction is kept within limits. Load-deflection behaviour for monotonic tests compared well with the envelope of load-deflection curves for cyclic tests. It is concluded from the experimental investigations that use of HSS studs will reduce their numbers for given loading, which is advantageous in case of long spans. Buckling of top flange of rolled section is observed at failure stage. Provision of lips in the top flange is suggested to avoid this buckling. This is possible in case of longer spans, where normally built-up sections are used.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제19권3호
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• pp.303-312
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• 2007

경간 40m~100m 정도 경간에 대해 일반적으로 강 박스 거더교에 대한 설계가 이루어지고 있다. 상부구조의 자중을 줄이기 위해서 복합트러스 교량에서 복부의 콘크리트 웹 대신에 강 사재가 사용되고 있다. 이러한 복합트러스 교량의 설계 시 가장 중요한 부분 중의 하나가 콘크리트 상 하부를 연결하는 연결부의 형태이다. 이러한 접합부는 외부에서 작용하는 조합하중을 분담해야하는데, 아직 이러한 접합구조에 대한 명확한 설계기준이 없는 실정이다. 한계상태에서 격점부의 하중전달에 대한 명확한 연구와 설계방법에 대한 조사가 필요하다. 콘크리트 상 하부를 연결하는 격점부 사재는 다양한 연결형태가 있다. 이번 논문에서는 거셋 플레이트에 용접되어진 그룹 스터드 연결재에 관한 연구가 수행되었다. 25mm 절곡 스터드를 사용하여 수행된 전단실험을 통하여 현재의 스터드 간 최소기준 간격을 만족하는 상태에서는 현재의 설계 규정을 사용할 수 있음을 밝혔다. 휨-전단 실험을 통해서는 조합하중이 작용하는 격점부의 상세를 개선하였다. 격점부의 인발강도를 증진시키기 위해서 절곡 스터드가 제안되었고 그룹 스터드의 최 외측 스터드에 적용되었다. 이러한 결과들을 바탕으로 복합 트러스 교량의 개선된 격점부 상세가 개선되고 설계 방안이 제안되었다.