Bond between steel and SCC in completely concrete encased HEA 160 I-section columns

• Autorzy: Szadkowska Magdalena , Szmigiera Elżbieta

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2022.141877

Warianty tytułu

PL

Przyczepność między stalą i betonem SCC w słupach zespolonych o przekroju złożonym z obetonowanego dwuteownika HEA 160

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents research results of bond tests in completely concrete encased steel I-section columns made of self-compacting concrete (SCC). The results of push-out tests obtained by elements made of SCC were compared with those elements, which were made of vibrated concrete. The influence of selected factors on resistance to the vertical shear was considered in this study. The analysis of research results shows that the resistance to the vertical shear between steel I-section and SCC concrete depends on distance between stirrups and concrete age. Shrinkage has important influence on interfacial bond forces. The test results were compared with a recommendations given in the Design code - Eurocode 4. This standard can be used only for composite elements made of lightweight and vibrated concrete. In the case of completely concrete encased I-section composite columns the shear resistance after 28 days and after concrete shrinkage was higher than design resistance strength given in the standard. This means that the design value of the shear strength given in the standard should be verified and checked, if it can be applied to elements made of SCC concrete. Further tests should be carried out to determine the value of shear resistance for such elements.

PL

Stalowo-betonowe słupy o przekroju złożonym z obetonowanego dwuteownika stanowią jeden z podstawowych typów słupów zespolonych szeroko stosowanych w budownictwie. Dzięki takim cechom jak: wysoka nośność, sztywność czy też ciągliwość, zyskały na popularności i znalazły zastosowanie jako podpory w obiektach mostowych, konstrukcjach hydrotechnicznych, a także w różnego rodzaju budynkach posadowionych na terenach zagrożonych sejsmicznie. Przekroje złożone z obetonowanego dwuteownika są powszechnie stosowane, np. w podmorskich tunelach Chin. Jednocześnie istotnym zagadnieniem rozważanym w wielu publikacjach jest możliwość wzmocnienia stalowych, skorodowanych słupów, stanowiących podpory mostów w Stanach Zjednoczonych, poprzez ich obetonowanie. W tego typu konstrukcjach, których przekroje są często gęsto zbrojone, a przestrzeń między deskowaniem i stalowym kształtownikiem nieduża, zasadnym wydaje się użycie betonu samozagęszczalnego (SCC z ang. Self-Compacting Concrete). Dlatego Autorki artykuły podjęły się zbadania przyczepności między stalą i betonem samozagęszczalnym w zespolonych słupach o przekroju złożonym z obetonowanego dwuteownika HEA 160. W niniejszym artykule przedstawiono wyniki badań przyczepności miedzy stalą i betonem samozagęszczalnym (SCC), elementów złożonych z obetonowanego dwuteownika HEA 160 i porównano je z wynikami uzyskanymi przez elementy wykonane z betonu wibrowanego. W pracy przedstawiono również wpływ wybranych czynników na nośność na ścinanie w płaszczyźnie zespolenia. Analiza wyników badań pokazała, że rozstaw zbrojenia poprzecznego oraz wiek i rodzaj betonu wpływają na nośność na ścinanie w płaszczyźnie zespolenia. Jednocześnie wyniki badań obliczeniowej nośności na ścinanie w płaszczyźnie zespolenia zestawiono z wartościami granicznymi podanymi w normie Eurokod 4. Jak wynika z przeprowadzonej analizy, wszystkie badane elementy uzyskały wyższą wartość naprężeń ścinających w płaszczyźnie zespolenia niż wartość podana w tablicy normowej EC4, zarówno po 28 dniach jak i po badaniu skurczu betonu. Zgodnie z zaleceniami określonymi w normie PN-EN 1994-1-1-2008, wartość obliczeniowych naprężeń ścinających zależy jedynie od rodzaju przekroju elementów ściskanych. Należy podkreślić, że zalecenia normowe dotyczą jedynie elementów wykonanych z betonu zwykłego, ale wydaje się, że nawet w tym przypadku warunki klasyfikacji granicznej nośności na ścinanie τRd wydają się być niewystarczające. W związku z tym wydaje się, że powinny zostać przeprowadzone kolejne badania w celu określenia obliczeniowej nośności na ścinanie dla elementów wykonanych z betonu SCC.

Słowa kluczowe

EN

I-section; composite column; steel-concrete column; self-compacting concrete; bond

PL

przekrój dwuteowy; słup zespolony; słup stalowo-betonowy; beton samozagęszczalny; przyczepność

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2022
• Tom: Vol. 68, nr 3
• Strony: 125--137
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Szadkowska Magdalena

• Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-5840-6239

autor

Szmigiera Elżbieta

• Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-9084-2372

Bibliografia

• [1] M. Wang, Y. Zhang, L. Yu, Y. Dong, Y. Tian, G. Zhou, “Experimental study on bond-slip behavior between corroded I-shaped steel and concrete in subsea tunnel”, Materials, 2019, vol. 12, no. 18, art. ID 2863, DOI: 10.3390/ma12182863.
• [2] Y. Zhang, M. Wang, L. Yu, X. Guo, Z. Wang, Y. Jiang, “Bond-slip behavior between corroded I-shaped steel and concrete in subsea tunnel“, Engineering Failure Analysis, 2021, vol. 120, art. ID 105061, DOI: 10.1016/j.engfailanal.2020.105061.
• [3] J. Xue, H. Li, R. Ren, X. Zhang, “The bond behavior of steel reinforced recycled concrete under cyclic reversed load”, Engineering Stuctures, 2021, vol. 248, art. ID 113238, DOI: 10.1016/j.engstruct.2021.113238.
• [4] X. Zhang, J. Xue, R. Ren, “Bond capacity between H-shaped steel and recycled concrete under cyclic loading”, The Structural Design of Tall and Special Buildings, 2021, vol. 30, no. 16, DOI: 10.1002/tal.1890.
• [5] M.M. Abdulazeez, B. Shrestha, E. Gomaa, A. Ramadan, M.A. ElGawady, “Bond behaviour of steel H-pile bridge columns encased in concrete jackets”, presented at Conference Transportation Research Board, December, Washington DC, 2018.
• [6] X. Qu, Z. Chen, D. Nethercot, L. Gardner, M. Theofanous, “Push-out tests and bond strength of rectangular CFST columns”, Steel and Composite Structures, 2015, vol. 19, no. 1, pp. 21-41, DOI: 10.12989/scs.2015.19.1.021.
• [7] M. Szadkowska, E. Szmigiera, “Bond between steel and self-compacting concrete in composite tube columns”, Archives of Civil Engineering, 2017, vol. 63, no. 2, DOI: 10.1515/ace-2017-0021.
• [8] X. Wang, Y. Liu, F. Yang, Y. Lu, X. Li, “Effect of concrete cover on the bond-slip behavior between steel section and concrete in SRC structutres”, Construction and Building Materials, 2019, vol. 229, art. ID 116855, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2019.116855.
• [9] H. Zheng, Z. Chen, J. Xu, “Bond behavior of H-shaped steel embedded in recycled aggregate concrete under push-out loads”, International Journal of Steel Structures, 2016, vol. 16, no. 2, pp. 347-360, DOI: 10.1007/s13296-016-6008-y.
• [10] C. Liu, Z. Lv, G. Bai, Y. Yin, “Experiment study on bond slip behaviour between section steel and RAC in SRRC structures”, Construction and Building Materials, 2018, vol. 175, pp. 104-114, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2018.04.120.
• [11] C. Liu, L. Xing, H. Liu, Z. Quan, G. Fu, J. Wu, Z. Lv, C. Zhu, “Numerical study of bond slip between section steel and recycled aggregate concrete with full replacement ratio”, Applied Sciences, 2020, vol. 10, no. 3, DOI: 10.3390/app10030887.
• [12] G. Bai, J. Ma, B. Liu, X. Chen, “Study on the interfacial bond slip constitutive relations of I-section steel and fully recycled aggregate concrete”, Construction and Building Materials, 2020, vol. 238, art. ID 117688, pp. 1-13, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2019.117688.
• [13] L. Chen, S. Wang, C. Yin, S. Li, “Experimental study on constitutive relationship between checkered steel and concrete”, Construction and Building Materials, 2019, vol. 210, pp. 483-498, DOI: 10.1016/j.conbuildmat. 2019.03.164.
• [14] M. Pecce, F. Ceroni, “Bond tests of partially encased composite columns”, Advanced Steel Construction, 2010, vol. 6, no. 4, pp. 1001-1018.
• [15] E. Szmigiera, P. Woyciechowski, “Influence of the compaction method on the bond between steel and concrete in composite columns”, Periodica Polytechnica - Civil Engineering, 2013, vol. 57, no. 2, pp. 129-137, DOI: 10.3311/ppci.7169.
• [16] E. Szmigiera, “Verbund zwischen Stahl und Selbstverdichtendem Beton in Verbundstützen”, Stahlbau, 2012, vol. 81, no. 8, pp. 616-620, DOI: 10.1002/stab.201201591.
• [17] M. Szadkowska, E. Szmigiera, “Analysis of shrinkage influence on bond in CFST elements filled with SCC”, Journal of Constructional Steel Research, 2021, vol. 184, art. ID 106824, DOI: 10.1016/j.jcsr.2021.106824.
• [18] B. Grzeszykowski, M. Szadkowska, E. Szmigiera, “Analysis of stress in steel and concrete in CFST push-out test samples”, Civil and Environmental Engineering Reports, 2017, vol. 26, no. 3, pp. 145-159, DOI: 10.1515/ceer-2017-0042.
• [19] EN 1994-1-1 Eurocode 4 - Design of composite steel and concrete structures - Part 1-1: General rules and rules for buildings European Committee of Standardization, Brussels, Belgium, 2004.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).