Study on Behavior of Steel Hoop Connections for Raw Bamboo Members

Abstract

Bamboo structures have various types of connections, such as bolting and lashing. One crucial issue in bamboo structures is that the connection with bolts and nails has a lower load-carrying capacity associated with the bamboo failure resulting from the bolt or nail invading them. This paper focuses on the connection for raw bamboo members with steel hoops (BHC), of which the two semi-circular steel hoops are fastened to the raw bamboo with high-strength bolts. The sliding friction is controlled by the interfacial pressure, which can be increased by tightening the bolts. A push-out experiment on thirty-six specimens was conducted considering the following two parameters: the different surface conditions of raw bamboo (with or without the epidermis) and the different interfacial pressure. The test results mainly showed the two failure modes of specimens under certain conditions: continuous longitudinal slip after the vertical load reached the peak; and the steel hoop stuck in the bamboo skin after a period of slip. It is found that the sliding friction was controlled by the interfacial pressure, and the difference in the anti-sliding capacity between the epidermal bamboo specimen and the non-epidermal bamboo specimen was magnified with the increase of interfacial pressure. The contact stress on the surface of bamboo is approximately uniformly distributed based on the finite element analyses. The interfacial pressure can be predicted by the torque value of the digital electronic torque wrench and the equations established by mechanical analysis, respectively. Moreover, the design formulae of bearing capacity for BHC under three guaranteed rates (50%, 95%, and 99.9%) were developed based on probability theory, while the fourth design formula was derived by regression analysis. The reliability indices of the four design formulae were up to 0.07, 1.44, 3.09, and 0.97, respectively, and the resistance partial coefficients were suggested accordingly.

Uniones estructurales de bambú: criterios de su desempeño a partir de ensayos.

“…Por esto se recomienda, que el primer nudo se ubique lo más próximo posible a la unión, a menos de 6 cm (Morán-Ubidia, 2015). Además, se debe utilizar bambú de no menos de 4 años y su contenido de humedad debe estar entre el 8% y el 12%; la superficie de la unión debe ser plana y de diámetro circular, lo más constante posible a lo largo del culmo (Hu et al, 2021). En concordancia con lo anterior, se recomienda considerar valores de sobrecarga en los cálculos para lograr que el fallo "avise" (Pradhan y Dimitrakopoulos, 2021).…”

“…Este tipo de unión soportó adecuadamente las cargas estáticas y permitió la transmisión de cargas axiales y transversales (Villegas et al, 2018) y en algunos casos, momento (Morán et al, 2018). Mostraron excelente desempeño en su resistencia a cargas de diseño, con rigidez y comportamiento dúctil aceptables (Villegas et al, 2018;Morán et al, 2018;Hu et al, 2021). Los dos modos que produjeron la falla en este tipo de unión son: por deslizamiento longitudinal continuo, después que la carga vertical alcanzó el pico de diseño y por atascamiento del aro de acero en la piel de bambú después de un período de deslizamiento (Hu et al, 2021).…”

“…Mostraron excelente desempeño en su resistencia a cargas de diseño, con rigidez y comportamiento dúctil aceptables (Villegas et al, 2018;Morán et al, 2018;Hu et al, 2021). Los dos modos que produjeron la falla en este tipo de unión son: por deslizamiento longitudinal continuo, después que la carga vertical alcanzó el pico de diseño y por atascamiento del aro de acero en la piel de bambú después de un período de deslizamiento (Hu et al, 2021). Para el caso de la unión propuesta por Morán, et al, la resistencia y ductilidad de la conexión fue 373% y 595% respectivamente superior que otros tipos de conexiones, mientras que la rigidez fue mayor en un 6% (Morán et al, 2018).…”

“…A pesar de su buen desempeño estructural, el bambú no muestra un comportamiento similar al acero, pues resiste muy bien la compresión, flexión y tensiones paralelas a las fibras, como ocurre en las columnas, pero es más débil que la madera cuando se somete a esfuerzos perpendiculares, como en el caso de las vigas (Kaminski et al, 2016;Hong et al, 2019). Por esta razón y por el poco espesor de las paredes del culmo es que las uniones son el elemento más difícil de solucionar en el diseño de la estructura, constituyen sus puntos más débiles y poco confiables, por lo que aún son un problema por resolver (Kaminski et al, 2016;Hu et al, 2021). Aunque el uso del bambú como material en edificaciones data de hace siglos, las primeras normas estructurales se comenzaron a publicar recientemente, a inicios del actual milenio (Trujillo, 2018).…”

Bending Strength Design Method of Phyllostachys edulis Bamboo Based on Classification

“…The research results show that the composite effect of bamboo and insulation materials is good. Hu et al [ 19 ] studied a bamboo tube joint connected by a steel hoop, analyzed the friction resistance of the steel hoop connection, and proposed a calculation method for the bearing capacity of the interface between the bamboo tube and the steel hoop. Although the research of experts and scholars on the mechanical properties and components of bamboo has confirmed the feasibility of bamboo in the promotion and application of construction, the design and application of bamboo are restricted due to the lack of strength design values.…”