Study on fatigue cracks in steel-concrete shear connection with composite dowels

• Autorzy: Dudziński W. , Pękalski G. , Harnatkiewicz P. , Kopczyński A. , Lorenc W. , Kożuch M. , Rowiński S.

Warianty tytułu

PL

Analiza pęknięć zmęczeniowych w łącznikach zespalających typu composite dowel

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In recent years many research on composite beams with innovative shear transmission with composite dowels have been conducted (mainly within PreCo-Beam project [15]) and innovative composite constructions have been designed and built. As this shear connection is to be applied mainly for bridges, problems concerning fatigue behaviour appear [1, 16]. Composite dowels behaviour in aspect of fatigue resistance and fatigue cracks investigations is extremely complex. It is caused not only by complicated stress distribution from external loads but also by eigenstresses which are released during beam cutting and cutting technology itself as well. It will be proved in detail macroscopic studies how production and cutting process may influence the fatigue crack initiation and propagation process. This paper presents investigations undertaken after finished PreCo-Beam project [15] which is part of the research to be conducted years 2009-2011 at Wrocław University of Technology. Results of detailed metallographic inspections of fatigue cracks obtained during full-scale tests, and schedule of next full-scale tests to be performed at Wroclaw University of Technology are presented. Described researches are carried out in order to determine fatigue lifespan of composite beams with shear transmission realized with composite dowels of MCL shape [5, 10]. MCL shape is currently the most often used shape of steel dowel because of its fatigue behaviour as well as technological aspects of its production process and therefore all foreseen research will focus mainly on this shape. The MCL shape is shown in Figures 33-38.

PL

W ostatnich latach przeprowadzono wiele badań dotyczących belek zespolonych z ciągłymi łącznikami otwartymi typu composite dowels oraz zaprojektowano i wybudowano innowacyjne obiekty stosując omawiane łączniki. Ze względu na adresowanie tego typu zespolenia przede wszystkim do budownictwa mostowego istotnym okazuje się problem zmęczenia. Bardzo złożony problem zmęczenia w łącznikach zespalających jest wynikiem nie tylko skomplikowanego stanu naprężeń w łączniku od obciążeń zewnętrznych, ale również wpływami naprężeń walcowniczych, które zostają uwolnione podczas rozcinania kształtowników oraz wpływem samego cięcia i przygotowania powierzchni. W artykule przedstawiono analizę pęknięć zmęczeniowych biorąc pod uwagę aspekty technologiczne wytwarzania części stalowej belki zespolonej oraz przedstawiono plan dalszych badań przybliżających autorów do rozwiązania problemu żywotności rozważanych belek zespolonych w aspekcie projektowania na podstawie aktualnych norm.

Słowa kluczowe

EN

composite dowels; composite structures; continuous shear connection; metallographic inspection; fatigue cracks; FE analysis; FE fatigue analysis; laboratory tests

PL

pęknięcia zmęczeniowe; analiza zmęczeniowa; badania laboratoryjne

• Wydawca: Springer ; Wrocław University of Science and Technology
• Czasopismo: Archives of Civil and Mechanical Engineering
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 11, no 4
• Strony: 839--858
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Dudziński W.

autor

Pękalski G.

autor

Harnatkiewicz P.

autor

Kopczyński A.

autor

Lorenc W.

autor

Kożuch M.

autor

Rowiński S.

• Wrocław University of Technology, Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław, Poland

Bibliografia

• [1] Berthellemy J., Hechler O., Lorenc W., Seidl G., Viefhues E.: Premiers résultats du projet de recherche européen Precobeam de connexion par découpe d'une tôle, Construction métallique, Vol. 46, No. 3, 2009, pp. 3-26.
• [2] Berthellemy J., Lorenc W., Mensinger M., Ndogmo J., Seidl G.: Zum Tragverhalten von Verbunddübeln, Teil 2: Ermüdungsverhalten. Stahlbau, Vol. 80, No. 4, 2011, pp. 256-267.
• [3] Berthellemy J., Lorenc W., Mensinger M.R., Seidl G.: Zum Tragverhalten von Verbunddübeln. Teil 1: Tragverhalten unter statischer Belastung. Stahlbau, Vol. 80, No. 3, 2011, pp. 172-184.
• [4] Bobyr M., Yakhno B., Rusinski E., Harnatkiewicz P.: Damage in the complex low-cycle fatigue, Archives of Civil and Mechanical Engineering, Vol. 8, 2008, pp. 23-31.
• [5] Budka E., Lorenc W., Rabiega J.: Causes of cracks and the realized repair of main girder of steel railway viaduct, Steel bridges: advanced solutions & technologies, 7th International Conference on Steel Bridges, Conference proceedings, [Eds] Paulo J.S. Sruz, Luis Simoes da Silva, Falko Schroter, Guimaraes, Portugal, 4-6 June, 2008, Brussels: ECCSEuropean Convention for Constructional Steelwork, 2008, pp. 301-307.
• [6] Dudziński W.: Metalographic inspection of part of welded steel structure damaged after strength tests (in Polish), Report of Institute of Material Engineering and Technical Mechanics, Wrocław University of Technology, Wrocław, 2008.
• [7] EN 10025-4:2004.
• [8] Frydman S., Konat Ł., Pękalski G.: Structure and hardness changes in welded joints of Hardox and HTK steels, Archives of Civil and Mechanical Engineering, Vol. 8, 2008, pp. 15-27.
• [9] Harnatkiewicz P., Kopczyński A., Kożuch M., Lorenc W., Rowiński S.: Research on fatigue cracks in composite dowel shear connection, Engineering Failure Analysis, Vol. 18, 2011, pp. 1279-1294.
• [10] Hechler O., Berthellemy J., Lorenc W., Seidl G., Viefhues E.: Continuous shear connectors in bridge construction, ASCE Conf. Proc., Vol. 396, No. 7, 2008, DOI:10.1061/41142.
• [11] Kubica E., Rykaluk K., Lorenc W., Kożuch M.: Cutting of T-section from rolled beams in aspect of realisation composite girders (in Polish), Composite bridge structures, Kraków, 2009, pp. 289-300.
• [12] Lorenc W., Ignatowicz R., Kubica E., Seidl G.: Numerical model of shear connection by concrete dowels, Recent Developments in Structural Engineering Mechanics and Computation, Millpress, 2007, Rotterdam, Netherlands, pp. 1139-1144.
• [13] Lorenc W., Kubica E., Kożuch M.: Testing procedures in evaluation of resistance in innovative shear connection with composite dowels, Archives of Civil and Mechanical Engineering, Vol. 10, No. 3, 2010, pp. 51-63.
• [14] Lorenc W.: Boundary approach in shape study of composite dowel shear connector, Wrocław, Archives of Civil and Mechanical Engineering, Vol. 9, 2009, pp. 55-66.
• [15] Preco-Beam: Prefabricated enduring composite beams based on innovative shear transmission RFSR-CT-2006-00030, Final report. Project carried out with the financial grant of the Research Programme of the Research Fund for Coal and Steel, 2009.
• [16] Seidl G.: Behaviour and load bearing capacity of composite dowels in steel-concrete composite girders, Report PRE 4.2009, Doctoral Thesis, Wrocław University of Technology, 2009.