Effect of postlimiting behaviour of isolated beam-to-column joints observed in force controlled experiments

• Autorzy: Giżejowski M. A. , Saleh A. A. K. , Barcewicz W. , Uziak J.

Warianty tytułu

PL

Efekt nadwytrzymałości wyizolowanych węzłów belka-słup obserwowany w badaniach sterowanych obciążeniem

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

It has been observed that steel and composite steel-concrete beam-to-column joints exhibit in general three main regions of their behaviour, namely a quasi-elastic region at which the joint initial stiffness can be conveniently measured, an inelastic region at which the joint stiffness degrades from its initial value to that corresponding to the joint quasi-plastic moment resistance, and finally a postlimiting region at which the joint stiffness maintains its low value but sufficiently high in order to allow for the joint to reach its ultimate moment resistance. The results of experimental moment-rotation characteristics are used in the Continuous Stiffness Degradation model (CSD model) in which the functions describing the joint moment-rotation characteristic and its first derivative (tangent stiffness) are continuous and take into account the effect of joint postlimiting behaviour modeling of joint characteristics. The accuracy of such modelling is herein examined and discussed. An analytical formulation is presented together with its limitations with regard to adequacy of experimental data available from the force controlled tests conducted at the Warsaw University of Technology. The scope of these tests included three groups of specimens with isolated beam-to-column joints and with a different reinforcement ratio in the hogging region of the reinforced concrete slab.

PL

Badania doświadczalne węzłów stalowych i zespolonych stalowo-betonowych wykazały, że charakterystykę moment-obrót węzła można podzielić na trzy zasadnicze zakresy zachowania się, mianowicie: zakres quasi-sprężysty, w którym trwałe odkształcenia lokalne mogą być zignorowane i początkowa sztywność wyznaczona, zakres niesprężysty, w którym następuje sukcesywna redukcja sztywności węzła aż do osiągnięcia nośności węzła rozumianej jako nośność quasi-plastyczna oraz zakres pograniczny, rozumiany jako stan objawiający się nadwytrzymałością węzła. W pracy przedstawiono dyskusję tej problematyki i propozycję modelu obliczeniowego (model CSD), w którym funkcje opisujące charakterystykę węzła w postaci krzywej moment – obrót i jej pierwsza pochodna (sztywność sieczna) są ciągłe i uwzględniają efekt nadwytrzymałości. Wyniki modelowania analitycznego porównano z wynikami badań doświadczalnych przeprowadzonych w Politechnice Warszawskiej. Zakres tych badań obejmował trzy serie elementów badawczych z wyizolowanymi podatnymi węzłami stalowymi i zespolonymi stalowo – betonowymi, łączącymi fragmenty rygli do słupów za pomocą doczołowych połączeń śrubowych ze zlicowanymi i wystającymi blachami czołowymi. Poszczególne serie badawcze były zróżnicowane pod względem stopnia zbrojenia (średnicy prętów zbrojeniowych) płyty stropowej w obszarze działania momentu ujemnego. Z porównania charakterystyk moment – obrót uzyskanych doświadczalnie z charakterystykami otrzymanymi na podstawie przedstawionego w niniejszym opracowaniu modelu CSD, z uwzględnieniem skalibrowanych parametrów modelu, uzależnionych od stopnia zbrojenia płyty stropowej w strefie przywęzłowej, wynika, że model ten dobrze odzwierciedla zachowanie się węzłów stalowych i zespolonych.

Słowa kluczowe

EN

steel joint; steel-concrete joint; moment-rotation characteristic; postlimit behaviour

PL

węzeł stalowy; węzeł stalowo-betonowy; charakterystyka moment-obrót; nadwytrzymałość

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
• Czasopismo: Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture
• Rocznik: 2013
• Tom: z. 60, nr 2
• Strony: 27--50
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Giżejowski M. A.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering

autor

Saleh A. A. K.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering

autor

Barcewicz W.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering

autor

Uziak J.

• University of Botswana, Faculty of Engineering and Technology

Bibliografia

• [1] Giżejowski M., Kozłowski A., Lorenc W.: Modelling of the nonlinear behavior of steel-concrete composite beams and beam-to-column joints – from theory to practice. Keynote paper: Proceedings of the 12th International Conference on Metal Structures: Progress in Steel and Composite Structures, Wrocław, Poland, 16-17 June 2011. Dolnośląskie Wydawnictwo Edukacyjne, Wrocław 2011, 4-29.
• [2] Pisarek Z.: Shaping of joints in composite steel structures, PhD thesis, Faculty of Civil and Environmental Engineering, Rzeszów University of Technology, Rzeszów 2003 [in Polish – unpublished].
• [3] Barcewicz W.: Stiffness, strength and rotation capacity of a certain class of joints in steel structures with composite slabs. PhD thesis, Faculty of Civil Engineering, Warsaw University of Technology, Warsaw 2010 [in Polish – non-referred publication of the Warsaw University of Technology Publishing Office].
• [4] Giżejowski M., Saleh B., Kozłowski A., Ślęczka L., Pisarek Z.: Experimental investigations of the frame behaviour subjected to exceptional actions, Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej, Seria: Budownictwo i Inżynieria Środowiska, zeszyt 59, nr 3/2012/II, 161-168 [in Polish].
• [5] Saleh B. A. K.: Modelling of beam-to-column joint of steel-concrete composite frames subjected to standard and extreme load combinations. PhD thesis, Warsaw University of Technology, Warsaw 2013 [in preparation - non-referred publication of the Warsaw University of Technology Publishing Office].
• [6] Giżejowski M., Barcewicz W., Uziak J., Saleh B.: Composite Steel-Concrete Joints for Efficient Applications In Modern Building Structures. Botswana Journal of Technology, vol. 20, no. 1, 2012, 12-24.
• [7] Giżejowski M., Barcewicz W., Uziak J., Saleh B.: On evaluation of a unified moment-rotation characteristic of steel and steel-concrete composite joints. Proceeding of 5th International Conference on Structural Engineering, Mechanics and Computation, 2-4 September 2013, Taylor & Francis, Balkema, 2013 (in press).
• [8] Barcewicz W., Giżejowski M.: Photogrammetric analysis of end-plate deformations in steel and steel-concrete composite joints. Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej, Seria: Budownictwo i Inżynieria Środowiska, zeszyt 58, nr 3/2011/II, 193-200 [in Polish].
• [9] Eurocode 3: EN 1993-1, Design of Steel Structures. General rules and rules for buildings.
• [10] Eurocode 4: EN 1994-1, Design of composite Steel and Concrete Structures. General rules and rules for buildings.