Nonlinear longitudinal shear distribution in steel-concrete composite beams

• Autorzy: Grzeszykowski B. , Szmigiera E.

Identyfikatory

DOI

10.2478/ace-2019-0005

Warianty tytułu

PL

Nieliniowy rozkład ścinania podłużnego w stalowo-betonowych belkach zespolonych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper describes a fiber-based model proposed for computing the nonlinear longitudinal shear distribution in composite steel-concrete beams. The presented method incorporates the accurate stress-strain relationship with strain softening for concrete and bi-linear constitutive relation for structural steel, both in agreement with Eurocodes, however any one-dimensional constitutive relation can be used. The numerical solution for a simply supported beams loaded with the uniform load, concentrated force and both was presented. The results indicate that the highest value of the shear flow for a beam under an uniform load is at the ends and in the one third of the span length and for the point load, the maximum shear is in the proximity of the concentrated force.

PL

Równomierny rozstaw łączników na ścinanie w stalowo-betonowych belkach zespolonych według Eurokodu 4 można zastosować tylko dla ciągliwych łączników ścinanych, w których charakterystyczna zdolność do poślizgu wynosi co najmniej 6 mm. Według normy EC4 tylko łączniki sworzniowe z łbami o całkowitej długości po przyspawaniu nie mniejszej niż 4-krotna średnica i z trzpieniem o nominalnej średnicy nie mniejszej niż 16 mm i nie większej niż 25 mm można uznać, że spełniają powyższy warunek. W związku z tym stosowanie innych typów łączników rozmieszczonych równomiernie na długości krytycznej belki jest możliwe tylko na podstawie badań eksperymentalnych. Dodatkowo, w belkach poddanych dużym obciążeniom, w których podłużna siła ścinająca osiąga duże wartości, należy stosować łączniki ścinane charakteryzujące się znaczną nośnością. W tego typu łącznikach trudne może być spełnienie warunku ciągliwości, przy jednoczesnym zachowaniu wymaganej nośności na ścinanie. Według Eurokodu 4 łączniki ścinane można rozmieścić na długości krytycznej belki zgodnie z rozkładem ścinania obliczonym za pomocą teorii sprężystości. Jednakże nośność sprężysta przekroju zespolonego (klasy 1 i 2) jest znacznie mniejsza od jego nośności granicznej, co powoduje zwiększenie zużycia materiałów. Aby tego uniknąć i wykorzystać plastyczne rezerwy nośności przekroju zespolonego, rozkład podłużnej siły ścinającej należy obliczyć za pomocą teorii nieliniowej. W artykule przedstawiono procedurę wyznaczania nieliniowego rozkładu ścinania podłużnego w belkach zespolonych za pomocą „Fiber Element Method”. Podano rozwiązania numeryczne dla belki swobodnie podpartej obciążonej równomiernie, siłą skupioną w środku rozpiętości oraz obydwoma obciążeniami jednocześnie.

Słowa kluczowe

EN

composite beam; steel-concrete beam; longitudinal shear; shear flow; fiber element method; non-ductile connector; shear connector

PL

belka zespolona; belka stalowo-betonowa; ścinanie podłużne; łącznik nieciągliwy; łącznik na ścinanie

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 65, nr 1
• Strony: 65--82
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Grzeszykowski B.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Warsaw, Poland

autor

Szmigiera E.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Warsaw, Poland

Bibliografia

• 1. CEN, EN 1994-1-1:2008 - Eurocode 4: Design of composite steel and concrete structures - Part 1-1: General rules and rules for buildings. 2008.
• 2. E. Szmigiera, M. Niedośpiał, B. Grzeszykowski, "Projektowanie konstrukcji zespolonych stalowo-betonowych, część 1, elementy zginane", PWN, Warsaw, Poland, 2019.
• 3. W. Lorenc, "Boundary approach in shape study of composite dowel shear connector", Archives of Civil and Mechanical Engineering, 9(4): pp 55-66, 2009.
• 4. M. Kopp, K. Wolters, M. Claßen, J. Hegger, M. Gündel, J. Gallwoszus, S. Heinemeyer, M. Feldmann, "Composite dowels as shear connectors for composite beams-background to the design concept for static loading", Journal of Constructional Steel Research, 147: pp 488-503, 2018.
• 5. S. Kostic, B. Deretic-Stojanovic, "Bending resistance of composite sections with nonductile shear connectors and partial shear connection", Advances in Civil Engineering, 2018.
• 6. S. A. Mahin, V.V. Bertero, RCCOLA, "a Computer Program for Reinforced Concrete Column Analysis: User's Manual and Documentation", Department of Civil Engineering, University of California, 1977.
• 7. S.A. Mirza, B. W. Skrabek, "Reliability of short composite beam-column strength interaction", Journal of Structural Engineering, 117(8): pp 2320-2339, 1991.
• 8. S. El-Tawil, C. F. Sanz-Picon, G. G. Deierlein, "Evaluation of ACI 318 and AISC (LRFD) strength provisions for composite beam-columns", Journal of Constructional Steel Research, 34(1): pp 103-123, 1995.
• 9. J. Rotter, P. Ansourian, "Cross-section behaviour and ductility in composite beams", 1978.
• 10. CEN, EN 1992-1-1:2008 - Eurocode 2: Design of concrete structures - Part 1-1 : General rules and rules for buildings. 2008.
• 11. CEN, EN 1993-1-1:2006 - Eurocode 3: Design of steel structures - Part 1-1: General rules and rules for buildings. 2006.
• 12. Wolfram Research Inc., Mathematica 10.1, Champaign, Illinois, 2015.
• 13. L. C. P. Yam, J. C. Chapman, "The inelastic behaviour of simply supported composite beams of steel and concrete", Proceedings of the institution of civil engineers, 41(4): pp 651-683, 1968.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).