Analysis of stress in steel and concrete in cfst push-out test samples

• Autorzy: Grzeszykowski B. , Szadkowska M. , Szmigiera E.

Identyfikatory

DOI

10.1515/ceer-2017-0042

Warianty tytułu

PL

Analiza naprężeń w betonie i stali w elementach CFST poddanych badaniu push-out

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the analysis of stress in steel and concrete in CFST composite elements subjected to push-out tests. Two analytical models of stress distribution are presented. The bond at the interface between steel and concrete in the initial phase of the push-out test is provided by the adhesion. Until the force reach a certain value, the slip between both materials does not occur or it is negligibly small, what ensures full composite action of the specimen. In the first analytical model the full bond between both materials was assumed. This model allows to estimate value of the force for which the local loss of adhesion in given cross section begins. In the second model it was assumed that the bond stress distribution is constant along the shear transfer length of the specimen. Based on that the formulas for triangle distribution of stress in steel and concrete for the maximum push-out force were derived and compared with the experimental results. Both models can be used to better understand the mechanisms of interaction between steel and concrete in composite steel-concrete columns.

PL

W pracy zaprezentowano analizę naprężeń w stali i betonie samozagęszczalnym w zespolonych elementach CFST poddanych badaniu przyczepności materiałów za pomocą testu push-out. Przedstawiono dwa modele obliczeniowe pozwalające na analizę stanu naprężeń na podstawie odczytów odkształceń stali w początkowej fazie badania oraz w momencie uzyskania maksymalnej siły. Przyczepność stali do betonu w początkowej fazie zapewniana jest przez zjawisko adhezji – do osiągnięcia pewnej wartości siły nie występuje poślizg między materiałami co powoduje ich pełne zespolenie. W pierwszym modelu założono pełne zespolenie obu materiałów a siła, dla której przewidywania modelu zaczynają odbiegać od wyników badań doświadczalnych może być, zdaniem autorów, uznana za siłę, przy której następuje utrata adhezji w danym przekroju. Za pomocą drugiego modelu obliczeniowego przeprowadzono analizę rozkładu naprężeń normalnych w stali i betonie jaki występuje przy maksymalnej sile działającej na elementy badawcze. Zakładając, że naprężenia ścinające między materiałami są stałe na wysokości elementu, na podstawie równań równowagi stwierdzono, że rozkład naprężeń w obydwu materiałach ma kształt trójkątny na długości strefy kontaktu. Przewidywania modelu z bardzo dobrą zgodnością potwierdzają odczyty odkształceń tensometrów umieszczonych w środku wysokości elementów. Zaprezentowane w pracy analityczno-doświadczalne metody analizy stanu naprężenia w elementach zespolonych mogą posłużyć do wyznaczania parametrów związków konstytutywnych „naprężenie przyczepności – poślizg” oraz walidacji modeli numerycznych.

Słowa kluczowe

EN

composites; steel-concrete column; CFST; bond stress; adhesion; push-out test

PL

elementy zespolone; element stalowo-betonowy; CFST; naprężenie przyczepności; adhezja; badanie wypychania

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Uniwersytetu Zielonogórskiego
• Czasopismo: Civil and Environmental Engineering Reports
• Rocznik: 2017
• Tom: No. 26(3)
• Strony: 145--159
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., fot., rys., tab., wykr., wzory

Twórcy

autor

Grzeszykowski B.

• Warsaw University of Technology, Warszawa, Poland

autor

Szadkowska M.

• Warsaw University of Technology, Warszawa, Poland

autor

Szmigiera E.

• Warsaw University of Technology, Warszawa, Poland

Bibliografia

• 1. Burak, E., Tuncan A.: Determination of frictional behavior between concrete and steel tube interaction, Proceedings of the 7th European Conference on Steel and Composite Structures Eurosteel, 521-522, Italy, 2014.
• 2. Cameron, B.: Bond behavior in concrete filled tube composite 3. columns, Ms thesis, University of Washington, Seattle, 1997.
• 4. EN 1994-1-1 Eurocode 4: Design of composite steel and concrete structures. Part1-1: General rules and rules for buildings, 2004.
• 5. Hunaiti, Y.M.: Bond strength in battened composite columns, Journal of Structural Engineering, 117, 3 (1991) 699-714.
• 6. Hunaiti, Y.M.: Aging effect on bond strength in composite sections, Journal of Materials in Civil Engineering, 6, 4 (1994) 469-73.
• 7. Ke, X.J., Sun, Y.H., Yang, Z.: Calculation on Bond Strength of High-Strength Concrete Filled Steel Tube, Proceedings of the 4th International Conference on Sensors, Measurement and Intellgent Materials, 995-999, China, 2016.
• 8. Khodaie, N.: Effect of the Concrete Strength on the Concrete-Steel Bond in Concrete Filled Steel Tubes, Journal of the Persian Gulf, 4, 11 (2013) 9-16.
• 9. Roeder, C.W., Cameron, B., Brown, C.B.: Composite action in concrete filled tubes, Journal of Structural Engineering, 125, 5 (1999) 477-484.
• 10. Szmigiera, E., Woyciechowski, P.: Influence of the compaction method on the bond between steel and concrete in composite columns, Periodica Polytechnica-Civil Engineering, 57, 2 (2013) 129-137.
• 11. Szmigiera, E., Woyciechowski, P., Szadkowska, M.: Badania przyczepności betonu do stali konstrukcyjnej w słupach zespolonych, in: Beton i Konstrukcje z betonu-badania, Seria Monografie Zakładu Konstrukcji Betonowych i Zakładu Inżynierii Materiałów Budowlanych 2015, 111-127.
• 12. Virdi, K.S., Dowling, P.J.: Bond strength in concrete filled circular steel tubes. Compositecolumns, CESLIC Report, CC11, Engineering Structures Laboratories, 1975.
• 14. Virdi, K.S., Dowling, P.J.: Bond strength in concrete filled steel tubes, IABSE Proceedings, P-33/80:125-39, 1980.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017)

PL

Błędna numeracja w bibliografii - brak poz. 13.