Joint moment-rotation characteristic in light of experimental simulations of frame column loss

• Autorzy: Giżejowski M. A. , Szwed A. , Saleh A. A. K. , Barcewicz W.

Warianty tytułu

PL

Charakterystyka moment-obrót węzłów w świetle badań doświadczalnych symulujących utratę nośności słupa ramy

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Aspects related to robustness of steel frameworks with semi-rigid steel and steel-concrete composite joints are dealt with. Experimental investigations were carried out for sub-frames fabricated in technical scale. Pushdown tests for steel subframes simulated the joint ability to transfer the bending moment and axial force under a column loss scenario. Tests on composite sub-frames were arranged in two stages. The first one was related to a service stage when the slab was under a gravity load and the column to be removed supported. The gravity load was sustained in the second stage when a column loss scenario was simulated. Experiments have shown that composite flush end-plate joints may not be robust enough since their low strength under sagging bending, despite of good ductility, does not allow for the redistribution of internal forces in order to achieve the equilibrium in the residual state after static column removal. Contrary, symmetrical steel and composite joints with extended end-plates on both sides of beam flanges seem to be more robust, despite of their lesser ductility. Robust bending behaviour is possible because extended end-plate joints exhibit a better balance between the strength and rotation capacity that allows to achieve the equilibrium state in case of a static column loss event.

PL

W pracy rozważano zagadnienia odporności na zagrożenie katastrofą postępującą stalowych konstrukcji ramowych z podatnymi węzłami stalowymi i zespolonymi stalowo-betonowymi. Przeprowadzono badania doświadczalne podukładów ramowych w skali naturalnej. Badania dotyczyły zachowania się węzłów ram stalowych pod wpływem oddziaływania wymuszonego przemieszczeniem, symulującego zdolność węzłów do przeniesienia obciążeń przez zginanie z udziałem sił rozciągających pojawiających się w wyniku utraty nośności słupa ramy. Badania doświadczalne ram z węzłami zespolonymi stalowo-betonowymi przeprowadzono w dwóch etapach. Etap pierwszy dotyczył zachowania się podukładu w stanie użytkowania poprzedzającym zdarzenie wyjątkowe, gdy słup pełnił rolę elementu nośnego, stropy zaś były obciążone kombinacją oddziaływań grawitacyjnych stałego i trwałej części użytkowego. W drugim etapie, podukład z obciążeniem grawitacyjnym jak w etapie pierwszym poddano oddziaływaniom wymuszonym przemieszczeniem słupa symulującym statyczną utratę jego nośności. Na podstawie badań stwierdzono, że zespolone węzły ze zlicowanymi blachami czołowymi nie są wystarczająco odporne na postępującą katastrofę ze względu na niską wytrzymałość przy zginaniu momentem dodatnim i mimo dobrej ciągliwości, nie pozwalają na redystrybucję sił wewnętrznych po statycznej utracie słupa. Natomiast węzły stalowe i zespolone z symetrycznie wystającą blachą czołową wykazują zadowalający poziom odporności na katastrofę postępującą, mimo niższej ciągliwości. Węzły te wykazują lepszy balans pomiędzy nośnością a zdolnością do obrotu, który pozwala uzyskać stan równowagi w przypadku utraty słupa.

Słowa kluczowe

EN

steel frame; steel-concrete joint; composite joint; sub-frame; experimental testing; column loss; joint ductility

PL

rama stalowa; węzeł stalowo-betonowy; węzeł zespolony; podukład ramowy; badanie doświadczalne; utrata słupa; ciągliwość węzła

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
• Czasopismo: Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture
• Rocznik: 2013
• Tom: z. 60, nr 2
• Strony: 51--76
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., il.

Twórcy

autor

Giżejowski M. A.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering

autor

Szwed A.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering

autor

Saleh A. A. K.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering

autor

Barcewicz W.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering

Bibliografia

• [1] EN 1990. Eurocode: Basis of Structural Design.
• [2] EN 1991-1-7. Eurocode 1: Actions on Structures, Part 1-7: Accidental Actions.
• [3] Robustness. Chapter 6 in: Steel Buildings in Europe - Multi-Storey Steel Buildings. Part 4: Detailed design, http://www.arcelormittal.com/sections/index.php?id=167.
• [4] Demonceau J.F.: Steel and composite building frames: sway response under conventional loading and development of membrane effects in beams further to an exceptional action. PhD Thesis, Universite de Liege, Faculte de Sciences Appliquees. Annee Academique 2007-2008.
• [5] Hai L.N.N.: Structural response of steel and composite building frames further to an impact leading to the loss of a column. PhD Thesis, Universite de Liege, Faculte de Sciences Appliquees. Annee Academique 2008-2009.
• [6] Menchel K.: Progressive Collapse: Comparison of Main Standards, Formulation and Validation of New Computational Procedures. PhD Thesis, Universite Libre de Bruxelles, Faculte de Sciences Appliquees. Annee Academique 2008-2009.
• [7] Saleh A.A.K.: Modelling of beam-to-column joint of steel-concrete composite frames subjected to standard and extreme load combinations. PhD thesis, Warsaw University of Technology, Warsaw 2013 [in preparation - non-referred publication of the Warsaw University of Technology Publishing Office].
• [8] Kozlowski A., Gizejowski M., Sleczka L., Pisarek Z., Saleh B.: Experimental investigations of the joint behavior – Robustness assessment of steel and steel-concrete composite frames. Proceedings of the 6th European Conference on Steel and Composite Structures, Budapest 2011, vol. A, pp. 339-344.
• [9] Giżejowski M., Saleh B., Kozłowski A., Pisarek Z., Ślęczka L.: Experimental investigations of the frame behaviour subjected to exceptional actions. Zeszyty naukowe Politechniki Rzeszowskiej, seria Budownictwo i Inżynieria Środowiska, zeszyt 59, nr 3/2012/II, str. 161-168 [in Polish].
• [10] Barcewicz W.: Stiffness, strength and rotation capacity of a certain class of joints in steel structures with composite slabs. PhD thesis, Faculty of Civil Engineering, Warsaw University of Technology, Warsaw 2010 [in Polish – non-referred publication of the Warsaw University of Technology Publishing Office].
• [11] Giżejowski M., Kwaśniewski L., Balcerzak M.: Numerical modeling of damage for a tested composite steel-concrete specimen. Proceedings of CMM-2011: Computer Methods in Mechanics. Minisymposium: Structures under Extreme Actions (organized by M. Giżejowski and L. Kwaśniewski), Warsaw, 9-12 May, 2011.
• [12] Giżejowski M., Kwaśniewski L., Saleh B., Balcerzak M.: Numerical Study of Joint Behavior for Robustness Assessment. Journal of Applied Mechanics and Materials, Vols. 166-169, 2012, 3114-3117 [doi:10.4028/www.scientific.net/AMM.166-169.3114].