Modelling the influence of composite stiffness on energy dissipation in reinforced composite concrete floors

• Autorzy: Gromysz K.

Warianty tytułu

PL

Modelowanie wpływu sztywności zespolenia na rozpraszanie energii w warstwie kontaktowej żelbetowych stropów zespolonych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

A continuous contact layer exists between the top and bottom layer of concrete composite reinforced floors. The contact layer is characterised by linear elasticity and frictional properties. In this paper a model of single degree of freedom of composite floor is determined. The model assumes that the restoring forces and the non-conservative internal friction forces dissipating energy are produced within the contact layer. A hysteresis loop is created in the process of static loading and unloading of the model, with the energy absorption coefficient being defined on this basis. The value of the coefficient is rising along with the growing stiffness of the composite. A critical damping ratio is a parameter describing free decaying vibration caused by non-conservative internal friction forces in the contact layer and in the bottom and top layer. The value of the ratio in the defined model is rising along with the lowering stiffness of the element representing contact layer. The findings resulting from the theoretical analyses carried out, including the experimental tests, are the basis for the established methods of determining the concrete layer state for reinforced concrete floors. The method is based on energy dissipation in the contact layer.

PL

Żelbetowe stropy zespolone składają się z dwóch warstw betonu: dolnej stanowiącej element prefabrykowany oraz górnej wykonywanej na budowie. Przyjęto, ze miedzy tymi warstwami znajduje się warstwa kontaktowa, w której wywoływane są siły związane z odkształceniami sprężystymi oraz niesprężystymi. Zdefiniowano model ciała reprezentującego warstwę kontaktową przyjmując że występują w nim naprężenia liniowo-sprężyste i niesprężyste związane z tarciem wewnątrz materiałowym. Następnie zbudowano model żelbetowego stropu zespolonego o jednym stopniu swobody. Model ten składa się z dwóch połączonych szeregowo modeli o jednym stopniu swobody: płyty monolitycznej i elementu reprezentującego liniowo-sprężyste i niesprężyste właściwości warstwy kontaktowej. Niesprężyste właściwości w modelu, przy statycznym wymuszeniu kinematycznym były reprezentowane przez elementy sprężysto-tarciowe. Przy wymuszeniu kinematycznym tłumienie modelowano elementami wiskotycznymi. Z fizycznego punktu widzenia rozważano sytuacje, w której występują ciągłe odkształcenia w warstwie kontaktowej, to znaczy nie zachodzi poślizg miedzy betonem warstwy dolnej i górnej. Badania modelu wykazały, ze w procesie statycznego obciążania i odciążania modelu płyty zespolonej powstaje pętla histerezy, która pozwala wyznaczać wartości współczynnika pochłaniania energii przy statycznym wymuszeniu kinematycznym. Mniejszymi wartościami tego współczynnika cechują się modele o małej sprężystości zespolenia. W zdefiniowanym modelu przyjęto, że w trakcie drgań, niesprężyste siły tarcia wewnętrznego w zespoleniu oraz w betonie warstw dolnej i górnej ujawniają się w postaci tarcia wiskotycznego. Wykazano, że drgania modeli płyt zespolonych cechujących się małą sztywnością odpowiadającą zespoleniu są tłumione mocniej niż drgania modeli płyt ze sztywną warstwą kontaktową. Ponadto mniejszej sztywności warstwy kontaktowej odpowiada mniejsza częstotliwości drgań własnych modeli płyt. Powyższe spostrzeżenia dotyczące dyssypacji energii w czasie statycznego i dynamicznego obciążania zdefiniowanych modeli płyt mają duże znaczenie praktyczne, ponieważ, po ich praktycznym zweryfikowaniu, umożliwią określanie sztywności zespolenia dwóch betonów w zespolonych stropach deskowych. Jak wykazano bowiem we wcześniejszych badaniach doświadczalnych, płyty o małej sztywności zespolenia pod mniejszym obciążeniem osiągają graniczną wartość przemieszczenia i utracie ich nośności towarzyszy rozwarstwienie. Wyniki przeprowadzonych analiz teoretycznych są jedną z podstaw prowadzonych aktualnie badań doświadczalnych, w których bada się dyssypacje energii w żelbetowych stropach deskowych poddanych wymuszeniom kinematycznym statycznym i dynamicznym.

Słowa kluczowe

EN

reinforced concrete floor; composite structure; internal friction; energy dissipation; free vibrations; stiffness; numerical modelling

PL

strop żelbetowy; konstrukcja zespolona; tarcie wewnętrzne; rozpraszanie energii; drganie własne; sztywność; modelowanie numeryczne

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 58, nr 1
• Strony: 71--96
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., il.

Twórcy

autor

Gromysz K.

• Silesian University of Technology, Department of Building Construction, Gliwice

Bibliografia

• 1. K. Gromysz, Testing stiffness of contact layer in composite concrete slabs [in Polish]. The 56th Scientific Conference of the Civil and Environmental Engineering of the Polish Academy of Sciences and of the Committee of Science of the PZITB. Kielce – Krynica 19–24 September 2010, pages 529-537.
• 2. K. Gromysz, Hysteresis loop of model of concrete composite slab [in Polish]. Polish Academy of Sciences. Scientific and Research Problems of Construction Białystok University of Technology Editions, 6, pages 187-194, Białystok 2008.
• 3. T. Kamada, V.C. Li, The effect of surface preparation on the fracture behavior of ECC/concrete repair system, Cement and Concrete Composites, 22, 423-431, 2000.
• 4. A. Halicka, Shear bond test for analysis of composite concrete structures, Proccedings 5 th International Conference AMCM 2005 “Analytical models and new concepts in concrete and masonry structures”, Gliwice – Ustroń 2005, p. 53-54.
• 5. W. Starosolski, K. Gromysz, Composite slab floors. Force distribution between contact surface and main bars anchored in ring beam [in Polish], The VIIth Scientific Conference on Composite Structures, pages 133-143, Zielona Góra June 2005.
• 6. A. Halicka, A study of the stress – strain state in the interface and support zones of composite structures with shrinking and expansive concretes [in Polish], Lublin University of Technology Editions, Lublin 2007.
• 7. K. Gromysz, Combined floors. Normative calculations guidecurves and capacity of actual structures. 5-th international conference AMCM Analytical Models and New Concepts in Concrete and Masonry Structures, Gliwice-Ustroń June 12-14 2005, p. 51-52.
• 8. Eurocode 2: Design of Concrete Structures – Part 1-1: General rules and rules for buildings. EN 1992-1-1:2004. European Committee for Standardization., Brussels 2004.
• 9. K. Furtak, Composite bridges [in Polish], PWN, Warszawa – Kraków 1999.
• 10. K. Gromysz, Calculation of deflection of delaminated reinforces concrete composite floor based on assumed frictional – elastic model of composite surface. AMCM’ 2008 6th International Conference, June 9-11, Łódź, p. 219-220.
• 11. M. Jarosińska, Damage detection in steel – concrete composite beams using modal analysis. Research and Analyses of the Selected problems of Construction. Silesian University of Technology Editions, p. 555-563, 2011.
• 12. W.J. Palm, Mechanical vibration, John Wiley & Sons, Inc 2006.
• 13. D.J. Inman, Engineering vibration, Pearson, 2008.
• 14. Z. Osiński, Dumping of mechanical vibrations [in Polish], PWN 1979.
• 15. Z. Osiński, Vibration dumping [in Polish], PWN 1997.
• 16. W. Derski, S. Ziemba, Analysis of reological models [in Polish], Institute of the Basic Technological Problems of the PAN. Warszawa 1968.
• 17. I. Bronsztejn, N. Siemienediajew, G. Musioł, H. Mühlig, Modern compendium of mathematics [in Polish], PWN 2004.