Influence of the steel tube thickness on the perfobond connectors load capacity

• Autorzy: Farhan Khawla Abbas

Identyfikatory

DOI

10.7409/rabdim.025.016

Warianty tytułu

PL

Wpływ grubości ścianki rury zespolonej na nośność łączników typu perfobond

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Steel-concrete composite structures is one of the most explosive rapidly developing, cost-effective, and environmentally sustainable processes frequently utilised in high-rise structures and medium-span bridge decks. This research presents an experimental work to investigate the performance of a composite, concrete-filled steel tube (CFST) specimens manufactured by self-compacting concrete (SCC) under a push-out test. Ten CFST specimens have been considered in the experimental tests with a combined two concrete slab. Two variables have been considered in the experimental tests: thickness of tested tube (5 mm and 6 mm) and concrete slab strength (25, 35,45, 55, and 65 MPa). For comparison, all concrete slabs are made with normal concrete and steel tubes filled with SCC. The ultimate shear strength, load-slip behavior, failure load, crack pattern, and failure mode were studied. The experimental results present that the ultimate shear capacity and specimens stiffness improved by increased concrete block strength from 25 to 65 MPa. In addition, it was found, that at the slab concrete strength reduction from about 65 to 25 MPa, it decreased by 4.45%, 9.75%, 14.44%, and 18.34% for 5 mm tube thickness, however, for 6 mm thickness tested specimens, it decreased by 5.36%, 9.35%, 16.04%, and 19.6%, respectively. The specimen with the 6 mm-thick steel tube had better ultimate force capacity and specimens stiffness than the one with the 5 mm-thick tested tube. The perfobond rib is utilised as an effective shear connection in composite or hybrid structures due to its adequate ductility and enhanced shear capacity.

PL

Stalowo-betonowe konstrukcje kompozytowe są jednym z najszybciej rozwijających się, efektywnych cenowo i ekologicznych rozwiązań często stosowanych w wysokich budynkach i mostach o średniej rozpiętości. W artykule przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych push-out (wytrzymałości na docisk przy uwzględnieniu ścinania), słupów zespolonych stalowo-betonowych, wypełnionych betonem (CFST, ang. Concrete-Filled Steel Tube), wykonanych metodą betonu samozagęszczalnego (SCC, ang. Self-Compacting Concrete). W badaniach uwzględniono dziesięć próbek CFST umieszczonych pomiędzy płytami żelbetowymi. W eksperymencie rozpatrywano dwie zmienne: grubość ścianki profilu stalowego (5 mm i 6 mm) oraz wytrzymałość płyt betonowych (25, 35, 45, 55 i 65 MPa). Wszystkie płyty betonowe wykonano z betonu zwykłego, natomiast stalowe rury wypełniono SCC. Celem badań było określenie wytrzymałości na ścinanie, wyznaczenie charakterystyk obciążenie-poślizg, obciążenia niszczącego, schematu pęknięć i formy zniszczenia. Wyniki eksperymentu wykazały, że zwiększenie wytrzymałości płyt betonowych z 25 do 65 MPa powoduje wzrost nośności na ścinanie i sztywności wciskanych próbek. Ponadto stwierdzono, że w przypadku profili metalowych o grubości ścianek 5 mm, zmniejszenie wytrzymałości z 65 do 25 MPa powoduje spadek nośności odpowiednio o 4,45%, 9,75%, 14,44% i 18,34%; natomiast dla próbek o grubości 6 mm odpowiednio o 5,36%, 9,35%, 16,04% i 19,6%. Próbka zespolona, w której grubość ścianki wynosiła 6 mm miała lepszą nośność i sztywność niż próbka, w której grubość miała wymiar 5 mm. Łączniki typu perfobond są wykorzystywane jako efektywne połączenie w konstrukcjach kompozytowych lub hybrydowych ze względu na większą odkształcalność w zakresie plastycznym i zwiększoną nośność na ścinanie.

Słowa kluczowe

EN

CFST; compressive strength; perfobond connector; push-out test; self-compacting concrete

PL

beton samozagęszczalny; łącznik perfobond; próba push-out; wytrzymałość na ściskanie zamknięte; profile stalowe wypełnione betonem; CFST

• Wydawca: Instytut Badawczy Dróg i Mostów
• Czasopismo: Roads and Bridges - Drogi i Mosty
• Rocznik: 2025
• Tom: Vol. 24, no. 3
• Strony: 283--295
• Opis fizyczny: Bibliogr. 29 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Farhan Khawla Abbas

• University of Al-Qadisiyah, Department of Road and Transportation Engineering, 100 Aljamaa St., 58001 Al-Diwaniyah, Iraq

• https://orcid.org/0009-0008-3316-0760

Bibliografia

• 1. Lin-Hai H., Hui L., Guo-Huang Y., Fei-Yu L.: Further study on the flexural behaviour of concrete-filled steel tubes. Journal of Constructional Steel Research, 62, 6, 2006, 554-565, DOI: 10.1016/j.jcsr.2005.09.002
• 2. Farhan K.A., Shallal M.A.: Experimental behaviour of concrete-filled steel tube composite beams. Archives of Civil Engineering, 66, 2, 235-252
• 3. Oehlers D.J., Johnson R.P.: The strength of stud shear connectors in composite beams. The Structural Engineer, 65, 14, 1987, 44-48
• 4. Ellobody E., Lam D.: Modeling of headed stud in steel-precast composite beams. Steel and Composite Structures, 2, 5, 2002, 355-378, DOI: 10.12989/scs.2002.2.5.355
• 5. Ahn J., Kim S., Jeong Y.J.: Fatigue experiment of stud welded on steel plate for a new bridge deck system. Steel and Composite Structures, 7, 5 , 2007, 391-404, DOI: 10.12989/scs.2007.7.5.391
• 6. Wiater A., Siwowski T.: Research on fatigue life of lightweight concrete bridge decks reinforced with GFRP composite rebars. Roads and Bridges – Drogi i Mosty, 23, 2, 2024, 155-178, DOI: 10.7409/rabdim.024.008
• 7. Al-deen S., Ranzi G., Vrcelj Z.: Shrinkage effects on the flexural stiffness of composite beams with solid concrete slabs: An experimental study. Engineering Structures, 33, 4, 2011, 1302-1315, DOI: 10.1016/j.engstruct.2011.01.007
• 8. Baran E., Topkaya C.: Behavior of steel-concrete partially composite beams with channel type shear connectors. Journal of Constructional Steel Research, 97, 2014, 69-78, DOI: 10.1016/j.jcsr.2014.01.017
• 9. Leonhardt F., Andra W., Andra HP., Harre W.: Neues, vorteilhaftes Verbundmittel für Stahlverbund-Tragwerke mit hoher Dauerfestigkeit. Beton- und Stahlbetonbau, 82, 12, 1987, 325-331, DOI: 10.1002/best.198700500
• 10. Oguejiofor E.C., Hosain M.U.: Behavior of perfobond rib shear connectors in composite beams: full-sized test. Canadian Journal of Civil Engineering, 19, 2, 1992, 224-235, DOI: 10.1139/l92-028
• 11. Oguejiofor E.C., Hosain M.U.: A parametric study of perfobond rib shear connectors. Canadian Journal of Civil Engineering, 21, 4, 1994, 614-625, DOI: 10.1139/l94-063
• 12. Oguejiofor E.C., Hosain M.U.: Numerical analysis of push-out specimens with perfobond rib connectors. Computers & Structures, 62, 4, 1997, 617-624, DOI: 10.1016/S0045-7949(96)00270-2
• 13. Machacek J., Studnicka J.: Perforated shear connectors. Steel and Composite Structures, 2, 1, 2002, 51-66, DOI: 10.12989/scs.2002.2.1.051
• 14. Valente I., Cruz P.J.S.: Experimental analysis of the Perfobond shear connection between steel and lightweight concrete. Journal of Constructional Steel Research, 60, 3-5, 2004, 465-479, DOI: 10.1016/S0143-974X(03)00124-X
• 15. Ahn J.H., Kim S.H., Jeong Y.J.: Shear behaviour of perfobond rib shear connector under static and cyclic loadings. Magazine of Concrete Research, 60, 5, 2008, 347-357, DOI: 10.1680/macr.2007.00046
• 16. Ahn J.H., Lee C.G., Won J.H., Kim S.H.: Shear resistance of the perfobond-rib shear connector depending on concrete strength and rib arrangement. Journal of Constructional Steel Research, 66, 10, 2010, 1295-1307, DOI: 10.1016/j.jcsr.2010.04.008
• 17. Zheng S., Liu Y., Liu Y., Zhao C.: Experimental and numerical study on shear resistance of notched perfobond shear connector. Materials, 12, 3, 2019, Article ID: 341, DOI: 10.3390/ma12030341
• 18. Li S., Su L., Sun Z.: Research on the load-slip properties of corrugated rib connectors’ push-out test. KSCE Journal of Civil Engineering, 22, 4, 2018, 1258-1264, DOI: 10.1007/s12205-017-0951-9
• 19. Zheng S., Zhao C., Liu Y.: Parametric push-out analysis on perfobond rib with headed stud mixed shear connector. Advances in Civil Engineering, 2019, 2019, Article ID: 5952319, DOI: 10.1155/2019/5952319
• 20. Zheng S., Liu Y., Yoda T., Lin W.: Parametric study on shear capacity of circular-hole and long-hole perfobond shear connector. Journal of Constructional Steel Research, 117, 2016, 64-80, DOI: 10.1016/j.jcsr.2015.09.012
• 21. Ibrahim A.M., Mubarak H.M., Said A.I.: Experimental study of push-out test of circular steel tube with various types of shear connectors. Proceedings of 1st International Scientific Conference of Engineering Sciences – 3rd Scientific Conference of Engineering Science (ISCES), Diyala, Iraq, 2018, 265-270
• 22. EN 1994-1-1 Eurocode 4: Design of composite steel and concrete structures – Part 1-1: General rules and rules for buildings
• 23. IQS 5/1984 Iraqi Specification 5: for Portland cement. Iraqi Organization of Standards, 1984
• 24. EFNARC The European Guidelines for Self-Compacting Concrete: Specification, Production and Use. The Self-Compacting Concrete European Project Group, 2005
• 25. IQS 45/1984 Iraqi Specification 45: for aggregates of natural resources used for concrete and construction. Iraqi Organization of Standards, 1984
• 26. ASTM A615/A615M-09b Standard specification for deformed and plain carbon-steel bars for concrete reinforcement, 2009
• 27. ASTM A36/36M-08 Standard specification for carbon structural steel, 2008
• 28. ACI PRC-211.1-91 Standard practice for selecting proportions for normal heavyweight and mass concrete. American Concrete Institute, ACI Committee 211, Reapproved 2002
• 29. ACI 237R-07 Self-Consolidating Concrete. American Concrete Institute, ACI Committee 237, Reapproved 2019