Advanced analytical and numerical modelling of composite slab-column joints

• Autorzy: Ajdukiewicz A. , Hulimka J.

Warianty tytułu

PL

Zaawansowane modelowanie analityczne i numeryczne zespolonego węzła płyty ze słupem

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The problem of slab-column joints modelling has been considered many times to find the most adequate methods for prediction of slabs' resistance to punching. The base of considerations was the results of experimental tests. The punching shear was very often considered separately from the flexural capacity of slabs. Such separated calculations are still recommended in most of the Standards. The simplified approach concerning mechanism of punching shear failure as a pure exceeding of the diagonal tensile strength in concrete is too far from the observations in reality. In models of interior slab-column joint the inclined cracks around the column usually form at a load of 55% to 65% of the real ultimate punching load. It means, the solution of the punching problem depends on the post-cracking equilibrium between flexural reinforcement in tension zone and concrete in compression zone in the vicinity of the column face. The idea of composite joints with use of combined head-and-column precast members from high-strength concrete has been proposed by Ajdukiewicz and Kliszczewicz (1993) to improve the carrying capacity of interior joints without shear reinforcement. To clarify the doubts about behaviour of such joints and to record the ultimate punching load the full-scale tests have been undertaken. On the basis of observations recorded at tests the analytical model was built up, and separately the numerical tests were done with use of ANSYS software.

PL

Problem stworzenia teoretycznego modelu zachowania się węzła płyty płaskiej ze słupem rozpatrywany jest od wielu lat. Na bazie licznych badań eksperymentalnych poszukiwany jest model pozwalający na miarodajne oszacowanie nośności węzła, a jednocześnie możliwie wiernie opisujący obserwowany w badaniach przebieg zniszczenia. Bardzo często nośność węzła przy zniszczeniu przez kruche przebicie rozpatrywana jes w oderwaniu od zgięciowej pracy strefy podporowej - modele takie przyjęte są w większości norm projektowych. Uproszczenia takie, sprowadzające obliczenia nośności do porównania naprężeń w przyjętym przekroju obwodowym wokół podpory z umowną wytrzymałością betonu na ścinanie, dalece odbiegają od mechanizmu zniszczenia obserwowanego w badaniach doświadczalnych. W modelach węzłów wewnętrznych rysu ukośne wokół podpór pojawiają się zwykle przy obciążeniu osiowym w granicach 55-65% ostatecznej siły niszczącej. Spostrzeżenie powyższe świadczy o tym, że rozwiązania problemu nośności węzła na przebicie poszukiwać należy we właściwie sformułowanych warunkach równowagi wypadkowych naprężeń w betonie strefy ściskanej i zbrojeniu w strefie rozciąganej w bezpośrednim sąsiedztwie podpory, po powstaniu ukośnej rysy obwodowej. Prowadzi to do idei skonstruowania węzła zespolonego z użyciem prefabrykatu głowicy ze słupem, wykonanego z betonu wysokiej wytrzymałości, a zatem lokalnego wprowadzenia w strefie ściskanej płyty w bezpośrednim sąsiedztwie słupa betonu o wyższej niż w całej płycie wytrzymałości. W celu wyjaśnienia zachowania się opisanych wyżej węzłów pod obciążeniem, a zwłaszcza określenia wielkości obciążeń niszczących, podjęto badania serii elementów w skali naturalnej. Bazując na obserwacjach z badań modelowych i równolegle prowadzonych badań numerycznych stworzono i zweryfikowano kryterium zniszczenia węzła zespolonego i procedurę obliczania jego nośności.

Słowa kluczowe

PL

węzeł zespolony; nośność; badanie modelowe; badanie numeryczne

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2000
• Tom: Vol. 46, nr 1
• Strony: 3--24
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Ajdukiewicz A.

• Silesian University of Technology, Department of Structural Engineering, Gliwice

autor

Hulimka J.

• Silesian University of Technology, Department of Structural Engineering, Gliwice

Bibliografia

• 1 R.C. ELSTNER., E. HOGNESTAD, Shearing strength of reinforced concrete slabs, Journal of ACI, Proceedings, 53, 1, 29-58, 1956.
• 2 A.B. AJDUKIEWICZ, A.T . KLISZCZEWICZ, Application of high-strength concrete in composite skeletal structures, 3rd International Symposium on "Utilization of High Strength Concrete", Lillehammer, vol. I, 449-456, 20-24 June 1993.
• 3. A.B. AJDUKIEWICZ, A.T. KLISZCZEWICZ, Simple construction of composite slab-column structures 15th IABSE Congress on "Structural Engineering in Consideration of Economy, Environment and Energy", Copenhagen, 589-594, 16-20 June 1996.
• 4. J .S. HULIMIKA, Theoretical-empirical analyses of punching effect in composite slab-column joint, Doctoral Thesis [in Polish], Silesian Technical University, Gliwice 1998.
• 5. S. KINNUNEN, H. NYLANDER, Punching of concrete slabs without shear reinforcement, Trans. of Royal Inst. of Technology, Stockholm, No. 158, 112, 1960.
• 6. C. E. BROMS, Punching of flat slabs - A question of concrete properties in biaxial compression and size effect, ACI Structural Journal, 87, 3, 292-304, 1990.
• 7. M. HALLGREN, S. KINNUNEN, lncrease of punching shear capacity by using high strength concrete, 4th International Symposium on "Utilization of High Strength/High Performance Concrete", Paris, vol. 3, 1037-1046, 29-31 May 1996.
• 8. M. HALLGREN, Punching shear capacity of reinforced high strength concrete, Doctoral Thesis, Royal Inst. of Technology, Stockholm, TRITA-BKN, Bulletin 23, 206, 1996.
• 9. A. HILLERBORG, M. MODEÉR, P.E. PETERSSON, Analysis of crack formation and growth in concrete by means of fracture mechanics and finite elements, Cement and Concrete Research, 6, 6, 773-782, 1976.
• 10. J .G .M. VAN MIER., Fracture processes of concrete. Assessment of material parameters for fracture·models, CRC Press, Boca Raton-New York-London-Tokyo, 448, 1997.
• 11. P.-E. PETERSSON, Crack growth and development of fracture zones in plain concrete and similar materials, Report TVBM-1006, Division of Building Materials, Lund Institute of Technology, Sweden, 174, 1981.
• 12. Z.P. BAŽANT, J. PLANAS, Fracture and size effect in concrete and other quasibrittle materials CRC Press, Boca Raton-New York-London-Tokyo, 616, 1998.
• 13. A. CARPINTERI, B. CHIAIA, Multifractal scaling law for the fracture energy variation of concrete structures, 2nd International Conference on "Fracture Mechanics of Concrete Structures", ETH Zurich, vol. 1, Aedificatio Publ., Freiburg, 581-596, 25-28 July 1995.
• 14. H.K. HILSDORF, W. BRAMESHUBER, Code type formulation of fracture mechanics concepts for concrete, International Journal of Fracture, 51, 1, 61-72, 1991.
• 15. H.P.J. TAYLOR, Investigation of the forces carried across crack in reinforced concrete beams in shear by interlock of aggregate, Cement and Concrete Association, London, Technical Raport TRA 42, 447, November 1970.
• 16. K.W. MICHAJLOV, News in the reinforced concrete technology [in Russian], Strojizdat, Moskva 1977.
• 17. H. KUPFER, H.K. HILSDORF, H. RÜSCH, Behavior of concrete under biaxial stresses, Journal of the American Concrete Institute, 66, 8, 656-666, August 1969.
• 18. T. BAUMAN, H. RÜSCH, Versuche zum Studium der Verdübelungs-wirkung der Biegezugbewehrung eines Stahlbetonbalkens, Deutcher Ausschuß für Stahlbeton, Heft 210, 43-83, 1970.
• 19. Y.D. HAMADI, P.E. REGAN, Behaviour in shear of beams with flexural cracks, Magazine of Concrete Research, 32, 111, 67-78, June 1980.