Assessment of stresses in reinforcement in the area of joints in composite steel-concrete slabs

• Autorzy: Niedośpiał Marcin

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2021.138508

Warianty tytułu

PL

Ocena naprężeń w zbrojeniu w sąsiedztwie węzłów w płytach zespolonych stalowo-betonowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article draws attention to certain aspects of calculating the width of cracks and stresses in composite elements under bending, in which the slab is located in the tension zone. If semi-rigid joints are used in the element, in which the beam is attached to the column by bolts, two types of areas should be distinct in which the reinforcement stresses will be calculated in a different way. The method of calculating stresses in reinforcement will depend on the type of a used joint or on the distance of the considered cross-section from the semi-rigid joint. In order to distinguish the method of calculating stresses in the paper, two areas were introduced: specifically area B and area D. Area B will be the area where the principle of flat sections can be applied, and stresses in the reinforcement are determined using the classical theory by adding the component responsible for the tension stiffening phenomenon. Area D is the area in the vicinity of the semi-rigid joint, where the principle of flat sections cannot be applied. To calculate stresses, consider the balance of joints using the available models of the semi-rigid joint, in particular the spring model. The paper presents the formulas for calculating stresses in the D area for two types semi-rigid joints: joint with a flush end-plate with 2 rows of bolts are used and joint with an extended end-plate with 3 rows of bolts are used.

PL

W artykule zwrócono uwagę na pewne aspekty obliczania szerokości rys i naprężeń w zginanych elementach zespolonych w których płyta znajduje się w strefie rozciąganej. W przypadku zastosowania połączeń podatnych w elemencie, w którym belka mocowana jest do słupa za pomocą śrub, należy wyróżnić dwa rodzaje obszarów, w których inaczej obliczane będą naprężenia w zbrojeniu. Sposób ich obliczania będzie zależał od rodzaju zastosowanego połączenia lub od odległości rozpatrywanego przekroju od węzła podatnego. W celu wyróżnienia metody obliczania naprężeń w artykule wprowadzono dwa obszary: obszar B i obszar D. Obszar B będzie takim obszarem, w którym można zastosować zasadę płaskich przekrojów, a naprężenia w zbrojeniu wyznacza się korzystając z klasycznej teorii dodając składnik odpowiedzialny za zjawisko tension stiffening. Obszar taki znajdowaś się będzie na całej długości nad słupem, gdy zastosowano przegubowe oparcie belki ostatniej kondygnacji na słupie (Rys. 3a) czy węzeł sztywny (Rys. 3b) oraz w pewnej odległości od węzła podatnego (Rys. 3c). Obszar D jest to obszar w bezpośrednim sąsiedztwie węzła podatnego (Rys. 3c), gdzie zasada płaskich przekrojów nie ma zastosowania. Aby obliczyć naprężenia należy rozważyc równowagę węzła korzystając z dostępnych modeli węzła podatnego. W artykule przedstawiono wzory do obliczania naprężeń w obszarze D dla dwóch typów węzłów podatnych: gdy blacha jest zlicowana z górną powierzchnią belki i zastosowano 2 rzędy śrub oraz gdy blacha jest wypuszczona powyżej górnej powierzchni belki i zastosowano 3 rzędy śrub. W tablicy 2 zamieszczono wyniki obliczeń, dla momentu zginającego równego 200 kN·m (zbliżonego do wartości granicznej w SGU). Obliczenia przeprowadzono przy założeniu, że belka połączona jest ze słupem wykonanym z kształtownika HEB200 fyk = 235 MPa za pomocą blachy zlicowanej i 4 śrub M20. Przyjęto dwa warianty grubości blachy: 10 mm i 20 mm. Sztywność początkową węzła Sj,ini oraz współczynniki sztywności części składowych węzła wyznaczono ze wzorów zamieszczonych w [12, 13] przy założeniu, że na długości belki w strefie ujemnego momentu zginającego znajduje się 15 sworzni łączących płytę betonową z belką, a sztywność pojedynczego sworznia wynosi, zgodnie z zaleceniami normy [13], 100 kN/mm.

Słowa kluczowe

EN

steel-concrete structure; composite structure; composite joint; semi-rigid joint; tension stiffening; crack width; stress

PL

konstrukcja zespolona; konstrukcja stalowo-betonowa; węzeł zespolony; węzeł podatny; tension stiffening; szerokość rysy; naprężenie

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2021
• Tom: Vol. 67, nr 4
• Strony: 403--414
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Niedośpiał Marcin

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

• https://orcid.org/0000-0001-9421-3856

Bibliografia

• [1] D. Anderson and A.A. Najafi, “Performance of composite connections: major axis end plate joint”. Research Report CE 44, Department of Engineering, University of Warwick, 1993.
• [2] D. Anderson and A.A. Najafi, “Performance of composite connections: Major axis end plate joints”. Journal of Constructional Steel Research, vol. 31, no. 1, pp. 31-57, 1994, DOI: 10.1016/0143-974X(94)90022-1.
• [3] W. Barcewicz and M. Giżejowski, “Component method for determining joint properties - steel and composite joints subjected to hogging and sagging bending”, in EUROSTEEL 2014. 7th European Conference on Steel and Composite Structures [+CD], Neapol, pp. 1-6, CD, 2014.
• [4] G. Huber and F. Tchemmernegg, “Component characteristic”, in Cost C1, Composite steel-concrete joints in braced frames for buildings, Ed. D. Anderson, Brussels-Luxembourg, European cooperation in the field of scientific and technical research, 1996.
• [5] M. Knauff, “Calculation of reinforced concrete structures according to Eurocode 2”, (in Polish), Wydawnictwo Naukowe PWN, 2018.
• [6] M. Knauff and M. Niedośpiał “Comments concerning crack width calculation in joints of steel-concrete composite slabs”, (in Polish), Budownictwo i Architektura, vol. 13, no. 3, pp. 111-118, 2014, DOI: 10.35784/budarch. 1784.
• [7] A. Kozłowski, “Component method model for predicting the moment resistance, stiffness and rotation capacity of minor axis composite seat and web site plate joints”. Steel and Composite Structures, vol. 20, no. 3, pp. 469-486, 2016, DOI: 10.12989/scs.2016.20.3.469.
• [8] T.Q. Li, D.A. and B.S. Choo, “Behaviour of flush end-plate composite connections with unbalanced moment and variable shear/moment ratios - I. Experimental behaviour”. Journal of Constructional Steel Research, vol. 38, no 2, 1996, DOI: 10.1016/0143-974X(96)00015-6.
• [9] T.Q. Li, D.A. Nethercot and B.S. Choo, “Behaviour of flush end-plate composite connections with unbalanced moment and variable shear/moment ratios - II. Prediction of Moment Capacity”. Journal of Constructional Steel Research, vol. 38, no. 2, pp. 165-198, 1996, DOI: 10.1016/0143-974X(96)00016-8.
• [10] M. Niedośpiał, M. Knauff and W. Barcewicz, “Cracking in concrete near joints in steel-concrete composite slab”. Civil and Environmental Engineering Reports, vol. 16, no. 1, pp. 167-179, March 2015, DOI: 10.1515/ceer-2015-0013.
• [11] PN-EN 1992-1-1:2004. Eurocode 2: Design of concrete structures - Part 1-1: General rules and rules for buildings.
• [12] PN-EN 1993-1-8:2005. Eurocode 3: Design of steel structures - Part 1-8: Design of joints.
• [13] PN-EN 1994-1-1:1992. Eurocode 4: Design of composite steel and concrete structures - Part 1-1: General rules and rules for buildings.
• [14] P. Ren and M. Crisinel, “Prediction method for moment - rotation behaviour of composite beam to steel column connection”, in Connections in Steel Structures III. Behaviour, Strength and Design, Editor(s): R. Bjorhovde, A. Colson, R. Zandonini, Pergamon, pp. 33-46, 1996, DOI: 10.1016/B978-008042821-5/50063-8.