Comparison of the bending strenght of a steel plate-concrete composite beams defined experimentally, theoretically and numerically

• Autorzy: Kisała D. , Furtak K.

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2020.134417

Warianty tytułu

PL

Ocena nośności na zginanie belek zespolonych typu blacha stalowa-beton

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of the paper was to assess the bending strength of steel plate - concrete composite members, based on an experimental study performed by the authors together with theoretical and numerical analyses. The values of the mechanical parameters of the materials the beams were made from were adopted on the basis of the tests results. The proposed solutions have been verified by experiment. For this purpose the results of tests performed by the authors and other researchers have been used. The former ones are original, and the way of their presentation makes them applicable by other researchers. Following the results it can be stated that with respect to bending strengths from the experimental study the results obtained from the theoretical analysis are underestimated 6,6 % on average. The results based on the numerical analysis, on the other hand, are overestimated by - 7,5 % on average. The results of the theoretical and numerical analyses indicate that the interface slip between the steel plate and concrete part affect the bending strength of steel plate-concrete composite beams only slightly (about 2% on average).

PL

Badania konstrukcji zespolonych typu blacha stalowa-beton, nie mają długiej tradycji. Są one z jednej strony modyfikacją klasycznych konstrukcji zespolonych typu stal-beton, a z drugiej kontynuatorem konstrukcji Möllera, stosowanych już pod koniec XIX wieku. Pewne podobieństwo występuje, między analizowanymi konstrukcjami a elementami żelbetowymi wzmacnianymi zespolonymi z nimi blachami stalowymi lub taśmami kompozytowymi. Rozwiązania te stosuje się przy wzmacnianiu belek żelbetowych. Krótki okres stosowania belek zespolonych typu blacha stalowa-beton sprawia, że wiele problemów - nawet natury podstawowej - jest jeszcze do rozwiązania. Dotyczy to także nośności przy obciążeniach doraźnych, a także ugięć i zarysowania oraz wpływu skurczu i pełzania betonu. W obliczeniach praktycznych nie uwzględnia się parametru czasu (obciążenia długotrwałe), a także odkształceń skurczowych betonu i jego pełzania. Celem pracy jest podanie rozwiązania teoretycznego, dotyczącego nośności na zginanie elementów zespolonych typu blacha stalowa-beton oraz przeprowadzenie analizy wpływu wybranych parametrów na tę nośność. Zakres pracy obejmuje podanie stosownych wzorów z uwzględnieniem specyfiki analizowanych belek. W analizie podanych rozwiązań wzięto pod uwagę geometrię przekroju poprzecznego belek oraz cechy mechaniczne materiałów składowych.

Słowa kluczowe

EN

steel-concrete beam; composite beam; bending strength; experimental test

PL

belka stalowo-betonowa; belka zespolona; wytrzymałość na zginanie; badanie eksperymentalne

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2020
• Tom: Vol. 66, nr 3
• Strony: 623--641
• Opis fizyczny: Bibliogr. 31 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Kisała D.

• Prescient Sp. z o.o., Kraków, Poland

autor

Furtak K.

• Faculty of Civil Engineerinng, Cracow University of Technology, Kraków, Poland

Bibliografia

• [1] Amer M. I., Saad K. M., Qusay W.A.: Finite element modeling of composite steel-concrete beams with external prestressing, International Journal of Civil and Structural Enginnering, Vol. 3, No. 1, 2012.
• [2] Baran E., Topkaya C.: An experimental study on channel type shear connectors, Journal of Constructional Steel Research, 74 (2012), pp. 108-117.
• [3] Bradski G., Kaehler A.; Learning OpenCV: Computer vision with the OpenCV library, O’Reilly, 2008.
• [4] Cichocki M.: Mosty systemu Möllera – dziedzictwo sztuki inżynierskiej; Inżynieria i Budownictwo, 6/2001.
• [5] El-Mihilmy M. T., Tedesco J. W.: Deflection of Reinforced Concrete Beams Strengthened with Fiber-Reinforced Polymer (FRP) Plates, ACI Structural Journal, 97/5, 2000, pp. 679-688.
• [6] Faella C., Martinelli E., Nigro E.: Shear Connection Nonlinearity and Deflections of Steel-Concrete Composite Beams: A Simplified Method, Journal of Structural Engineering, Vol. 129, No. 1, January 2003, pp. 12-20.
• [7] Furtak K.: Mosty zespolone, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa-Kraków, 1999.
• [8] Ibrahim A. M., Ahmed Q. W.: Nonlinear analysis of simply supported composite steel-concrete beam, Diyala Journal of Engineering Sciences, Vol. 6, No. 3, 2013, 107-126.
• [9] Jiang S., Zeng X., Zhou D.: Novel two-node linear composite beam element with both interface and shear deformation into consideration: Formulation and validation, International Journal of Mechanical Sciences, 85/2014, 110-119.
• [10] Johnson R. P.: Composite Structures of Steel and Concrete. Volume 1. Beams, Columns, Frames and Applications in Building, Crosby Lockwood Staples, 1975.
• [11] Kisała D.: A Finite Element Analysis of Steel Plate-Concrete Composite Beams Including the Influence of Stiffness of the Connectors on Deflection, Technical Transactions. Civil Engineering, 2-B/2016.
• [12] Kisała D.: Nośność na zginanie i ugięcia belek zespolonych typu stalowa blacha-beton; Praca doktorska, Politechnika Krakowska, Kraków, 2017.
• [13] Luu L.: Accuracy enhancement of digital image correlation with B-spline interpolation, Opt Lett. 2011 Aug 15;36 (16): 3070-2.
• [14] Nie J., Cai C. S.: Steel-Concrete Composite Beams Considering Shear Slip Effects, Journal of Structural Engineering, Journal of Structural Engineering, Vol. 129, No. 4, April 2003, pp. 495-506
• [15] Nie J., Fan J., Cai C. S.: Stiffness and Deflection of Steel-Concrete Composite Beams under Negative Bending, Journal of Structural Engineering, 11/2004.
• [16] Nie J., Zhao J.: Flexural Behaviour of Steel-Concrete Composite Beams, Key Engineering Materials, Vols. 400-402, 2009, pp. 37-42.
• [17] PN-EN 1992-1-1 Projektowanie konstrukcji z betonu. Część 1-1: Reguły ogólne i reguły dla budynków.
• [18] PN-EN 1994-1-1 Projektowanie zespolonych konstrukcji stalowo-betonowych. Część 1-1: Reguły ogólne i reguły dla budynków.
• [19] PN-EN 10002-1 Metale. Próba rozciągania. Część 1: Metoda badania w temperaturze otoczenia.
• [20] PN-EN 12390-1 Badania betonu. Część 1: Kształt, wymiary i inne wymagania dotyczące próbek do badania i form.
• [21] PN-EN 12390-2 Badania betonu. Część 2: Wykonywanie i pielęgnacja próbek do badań wytrzymałościowych.
• [22] PN-EN 12390-3 Badania betonu. Część 3: Wytrzymałość na ściskanie próbek do badania.
• [23] PN-EN 12390-5 Badania betonu. Część 5: Wytrzymałość na zginanie próbek do badania.
• [24] PN-EN 12390-6 Badania betonu. Część 6: Wytrzymałość na rozciąganie przy rozłupywaniu próbek do badania.
• [25] PN-EN 12390-13 Badania betonu. Część 13: Wyznaczanie siecznego modułu sprężystkości przy ściskaniu.
• [26] Queiroz F. D., Vellasco P. C. G. S., Nethercot D. A.: Finite element modelling of composite beams with full and partial shear connection, Journal of Constructional Steel Research, Vol. 63, 2007, pp. 505-521.
• [27] Ranzi G., Zona A.: A steel–concrete composite beam model with partial interaction including the shear deformability of the steel component, Engineering Structures, 29/2007, 3026-3041.
• [28] Rastogi P.: Digital Optical Measurement Techniques and Applications, Artech House, 2015.
• [29] Schreier H. W., Braasch J. R., and Sutton M. A.: Systematic errors in digital image correlation caused by intensity interpolation, Opt. Eng., vol. 39, pp. 2915-2921, 2000.
• [30] Xiong L. et al.: Evaluation of sub-pixel displacement measurement algorithms in digital image correlation, Mechatronic Science, Electric Engineering and Computer (MEC), 2011.
• [31] Wang Y. C.: Deflection of Steel-Concrete Composite Beams with Partial Shear Interaction, Journal of Structural Engineering, 10/1998, 1159-1165.