Deflections of steel plate-concrete composite beams in the light of experimental studies

• Autorzy: Kisała Dawid , Furtak Kazimierz

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2021.136496

Warianty tytułu

PL

Ugięcia belek kompozytowych z płyt stalowych i betonu w świetle studiów doświadczalnych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

A method of calculating the deflections of steel plate-concrete composite beams is proposed. In the hybrid work of such beams the properties of reinforced concrete and composite structures are combined. This convention should be followed in considering their ultimate capacity and serviceability limit state. The proposed solution has been verified in experimental studies performed by the authors. Good compatibility of theoretical calculations and experimental results has been obtained. It allows the theoretical solution to be used in the analysis of other cases with parameters different than those of the discussed beams. In the experiments done by the author six beams of total length of 5.20 m and theoretical length of 5,00 m were used. The cross section was rectangular, 0.24 m in width and 0.49 m in height. The steel plate 4.74 m long was 6.10 and 16 mm thick. The diameter of the flexible connectors was 13 mm. Their spacing varied between 80 and 200 mm. Owing to the flexibility of the connectors the interface slip between the steel and concrete parts was included in the theoretical solutions. The results of an in-depth analysis indicate that the deflections of steel plate-concrete composite beams are affected by the compressive strength of concrete and the yield point of steel as well as connectors’ diameter and spacing. This impact varies, that of the yield point of the steel from which the plate is made being the highest.

PL

Zaproponowano metodę obliczania ugięć belek kompozytowych z płyt stalowych i betonu. W pracy hybrydowej takich belek łączy się właściwości konstrukcji żelbetowej i zespolonej. Tej konwencji należy przestrzegać przy rozważaniu ich ostatecznej nośności i stanu granicznego użytkowalności. Zaproponowane rozwiązanie zostało zweryfikowane w badaniach eksperymentalnych autorów. Uzyskano dobrą zgodność obliczeń teoretycznych i wyników eksperymentalnych. Pozwala to na zastosowanie rozwiązania teoretycznego w analizie innych przypadków o parametrach innych niż omawiane belki. W eksperymentach wykonanych przez autora wykorzystano sześć belek o łącznej długości 5,20 mi teoretycznej 5,00 m. Przekrój był prostokątny, miał 0,24 m szerokości i 0,49 m wysokości. Blacha stalowa o długości 4,74 m miała 6,10 i 16 mm grubości. Średnica elastycznych łączników wynosiła 13 mm. Ich rozstaw wahał się od 80 do 200 mm. Ze względu na elastyczność łączników w rozwiązaniach teoretycznych uwzględniono poślizg między elementami stalowymi i betonowymi. Wyniki dogłębnej analizy wskazują, że na ugięcia belek zespolonych stalowo-płytowych ma wpływ wytrzymałość betonu na ściskanie oraz granica plastyczności stali, a także średnica i rozstaw łączników. Wpływ ten jest różny, przy czym granica plastyczności stali, z której wykonana jest blacha, jest najwyższa.

Słowa kluczowe

EN

deflection; composite beam; steel-concrete beam; experimental study; calculations

PL

ugięcie; belka kompozytowa; belka stalowo-betonowa; badanie eksperymentalne; obliczenia

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2021
• Tom: Vol. 67, nr 1
• Strony: 673--688
• Opis fizyczny: Bibliogr. 31 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Kisała Dawid

• Department of Bridge and Tunnel Building, Tadeusz Kościuszko Cracow University of Technology, Kraków, Poland

autor

Furtak Kazimierz

• Department of Bridge and Tunnel Building, Tadeusz Kościuszko Cracow University of Technology, Kraków, Poland

Bibliografia

• 1. E. Baran, C. Topkaya, An experimental study on channel type shear connectors, Journal of Constructional Steel Research, 74 (2012), pp. 108-117.
• 2. G. Bradski, Kaehler A.; Learning OpenCV: Computer vision with the OpenCV library, O’Reilly, 2008.
• 3. M. Cichocki, Mosty systemu Möllera - dziedzictwo sztuki inżynierskiej, Inżynieria i Budownictwo, Vol. 6, 2001.
• 4. M. T. El-Mihilmy, J. W. Tedesco, Deflection of Reinforced Concrete Beams Strengthened with Fiber-Reinforced Polymer (FRP) Plates, ACI Structural Journal, Vol. 5, 2000, pp. 679-688, 1997.
• 5. C. Faella, E. Martinelli, E. Nigro, Shear Connection Nonlinearity and Deflections of Steel-Concrete Composite Beams: A Simplified Method, Journal of Structural Engineering, Vol. 129, No. 1, pp. 12-20, January 2003.
• 6. K. Furtak, Mosty zespolone, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa-Kraków, 1999.
• 7. A. M. Ibrahim, Q. W. Ahmed, Nonlinear analysis of simply supported composite steel-concrete beam, Diyala Journal of Engineering Sciences, Vol. 6, , 107-126, No. 3, 2013.
• 8. S. Jiang, X. Zeng, D. Zhou: Novel two-node linear composite beam element with both interface and shear deformation into consideration: Formulation and validation, International Journal of Mechanical Sciences, Vol. 85, 110-119, 2014.
• 9. R. P. Johnson, Composite Structures of Steel and Concrete, Vol. 1. Beams, Columns, Frames and Applications in Building, Crosby Lockwood Staples, 1975.
• 10. D. Kisała, 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.
• 11. D. Kisała, Nośność na zginanie i ugięcia belek zespolonych typu stalowa blacha-beton, Praca doktorska, Politechnika Krakowska, Kraków, 2017.
• 12. J. Kubik, Mechanika konstrukcji warstwowych, Wydawnictwo T i T, Opole, 1993.
• 13. L. Luu, Accuracy enhancement of digital image correlation with B-spline interpolation, Opt Lett. Aug 15, 36 (16): 3070-2, 2011.
• 14. A. Łapko, B. C. Jensen, Podstawy projektowania i algorytmy obliczeń konstrukcji żelbetowych, Arkady, Warszawa, 2006.
• 15. J. Nie, C. S. Cai, Steel-Concrete Composite Beams Considering Shear Slip Effects, Journal of Structural Engineering, Journal of Structural Engineering, Vol. 129, No. 4, pp. 495-506, April 2003.
• 16. J. Nie, J. Fan, C. S. Cai, Stiffness and Deflection of Steel-Concrete Composite Beams under Negative Bending, Journal of Structural Engineering, Vol. 11, 2004
• 17. J. Nie, J. Zhao, Flexural Behaviour of Steel-Concrete Composite Beauz, Key Engineering Materials, vols. 400-402, pp. 37-42, 2009.
• 18. PN-EN 1992-1-1, Projektowanie konstrukcji z betonu. Część 1-1: Reguły ogólne i reguły dla budynków.
• 19. PN-EN 1994-1-1, Projektowanie zespolonych konstrukcji stalowo-betonowych. Część 1-1: Reguły ogólne i reguły dla budynków.
• 20. PN-EN 10002-1, Metale. Próba rozciągania. Część 1: Metoda badania w temperaturze otoczenia.
• 21. PN-EN 12390-1, Badania betonu. Część 1: Kształt, wymiary i inne wymagania dotyczące próbek do badania i form.
• 22. PN-EN 12390-2, Badania betonu. Część 2: Wykonywanie i pielęgnacja próbek do badań wytrzymałościowych.
• 23. PN-EN 12390-3, Badania betonu. Część 3: Wytrzymałość na ściskanie próbek do badania.
• 24. PN-EN 12390-5, Badania betonu. Część 5: Wytrzymałość na zginanie próbek do badania.
• 25. PN-EN 12390-6, Badania betonu. Część 6: Wytrzymałość na rozciąganie przy rozłupywaniu próbek do badania.
• 26. PN-EN 12390-13, Badania betonu. Część 13: Wyznaczanie siecznego modułu sprężystkości przy ściskaniu.
• 27. F. D. Queiroz, P. C. G. S. Vellasco, D. A. Nethercot, Finite element modelling of composite beams with full and partial shear connection, Journal of Constructional Steel Research, Vol. 63, pp. 505-521, 2007.
• 28. G. Ranzi, A. Zona, A steel-concrete composite beam model with partial interaction including the shear deformability of the steel component, Engineering Structures, Vol. 29, 3026-3041, 2007.
• 29. H. W. Schreier, J. R. Braasch, M. A. Sutton, Systematic errors in digital image correlation caused by intensity interpolation, Opt. Eng., Vol. 39, pp. 2915-2921, 2000.
• 30. Y. C. Wang, Deflection of Steel-Concrete Composite Beams with Partial Shear Interaction, Journal of Structural Engineering, Vol. 10, 1159-1165, 1998.
• 31. H. Zobel, Naturalne zjawiska termiczne w mostach, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 2003.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).