Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Krótkoterminowe testy pełzania ścinanych połączeń klejonych w kompozytach drewniano-betonowych

Śliwa-Wieczorek Klaudia, Derkowski Wit, Binder Eva

Materiały Budowlane

|

2024

|

nr 2

6--10

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań krótkotrwałych i reologicznych przyrostu odkształceń w teście wypychania (push-out test) w przypadku dwuzakładkowych połączeń klejonych. Łącznie przebadano 15 próbek złożonych z elementów wykonanych z drewna klejonego krzyżowo (CLT) oraz prefabrykowanych płyt betonowych. Połączenie między elementami wykonano jako klejone z użyciem innowacyjnych prefabrykowanych złączy podatnych o grubości 3 mm, w trzech konfiguracjach powierzchni klejenia. Celem badań było określenie wpływu geometrii połączenia klejonego na początkowy przyrost odkształceń w czasie. Wykazano, że pełzanie przebiega nieliniowo w czasie t1 = 800 s niezależnie od powierzchni klejenia, a następnie zwiększa się w sposób liniowy. W przeprowadzonych badaniach złączy pasmowych uzyskano przyrost początkowego pełzania o ok. 10% mniejszy w przypadku złączy ułożonych w kierunku obciążenia niż w kierunku prostopadłym. Wykazano również, że wartości pełzania nie są wprost proporcjonalne do wielkości naprężenia ścinającego.

EN

This paper presents the results of a study of short-term rheological strain increments in a push-out test for double-lap glued joints. A total of 15 specimens consisting of cross laminated timber (CLT) elements and precast concrete slabs were tested. The joint between the elements was made as a glued joint using innovative 3 mm thick prefabricated flexible joints in three bonding configurations. The aim of the study was to investigate the influence of the adhesive joint geometry (type A with 600 cm2 glue, B - 200 cm2 in strips parallel to the load axis and C - 200 cm2 in strips in the perpendicular direction) on the initial deformation increase over time. Creep phenomenon was shown to be nonlinear for an initial time range of t1 = 800 s regardless of the adhesive area, and then to increase in a linear manner. In the tests carried out on strip joints, the increments of initial creep were obtained to be about 10% smaller for joints arranged in the load direction than for those arranged in the perpendicular one. It was also shown that the creep values are not directly proportional to the magnitude of the shear stress.

2

Shear behavior and analytical model of T-type perfobond rib connectors

Zhan Yulin, Huang Wenfeng, Li Yanyan, Zhang Cheng, Shao Junhu, Tian Bo

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2023

|

Vol. 23, no. 3

art. no. e150, 2023

EN

The stress of shear connectors becomes more complicated with the increase of the span length of steel–concrete composite bridges. To ensure sufficient stiffness and ductility, a T-type perfobond rib (T-type PBL) shear connector is proposed. However, its mechanical behavior is not well understood due to the special shape and numerous influencing factors. Therefore, sixty-three finite element models were established based on the push-out test specimens with T-type PBL connectors to investigate the shear behavior and influencing parameters of ultimate bearing capacity. The effects of concrete end-bearing, perforated reinforcement, hole diameter, rib height, and flange width of T-type PBL on the shear-bearing capacity were performed and discussed based on the numerical results. The results showed that the bearing capacity provided by the concrete end-bearing and the perforated reinforcements was about 16% and 10% of the ultimate load. Additionally, the ductility of the specimen could be improved by the perforated reinforcements. It was showed that the shear-bearing capacity increased nonlinearly with the growth of the hole diameter. When the height of rib increased from 80 to 120 mm, the shear-bearing capacity was improved by 12% on average. The impact of flange width on the shear-bearing capacity was insignificant, which was less than 1.5%. Based on the results of parametric analysis. An analytical model for shear-bearing capacity of the T-type perfobond rib shear connector was established, and the validity was verified by relative test results. A basis for the evaluation of shear-bearing capacity, and application of the T-type PBL connectors was provided in this paper.

3

Shear behavior and design of an innovative embedded connector with flange for steel–concrete composite girder

Zhang Zhe, Zhang Sheng-Nan, Deng En-Feng, Yu Chen-Yang, Tang Yi, Wang Yan, Sun Dong-Sheng

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2022

|

Vol. 22, no. 4

art. no. e195, 2022

EN

Connectors are crucial for steel–concrete composite girder to insure cooperative work of the two different materials. Flanges in connectors can be used as supports and templates to accelerate construction progress. Embedded connector is a type of connector formed by embedded web with opening holes for arranging reinforcements. However, traditional embedded connector does not include flanges. In this paper, an embedded connector with flanges was proposed. Three full-scale specimens were fabricated and push-out tests were conducted to investigate the shear behavior of the innovative connector. The failure mode and shear performance of the traditional embedded shear connector without flanges and the innovative connector with flanges were compared. Three-dimensional finite-element model (FEM) was developed and validated based on the test results. Furthermore, parametric analysis was conducted to further study the effects of the strength of the concrete, diameter of the hole, diameter of the perforating rebar, embedding depth, and height of the corrugated web on the shear performance of the innovative connector. The results of the parametric study were analyzed to evaluate the shear capacity for the embedded connector with flanges. Finally, an analytical model was proposed to predict the shear strength of the innovative embedded connector, which will provide important guidance for engineering application.

4

Push-out test of steel–concrete–steel composite sections with various core materials: behavioural study

Abdulhameed Ali A., Hanoon Ammar N., Abdulhameed Haider A., Banyhussan Qais S., Mansi Aseel S.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2021

|

Vol. 21, no. 1

283--303

EN

Steel–concrete–steel (SCS) structural systems have economic and structural advantages over traditional reinforced concrete; thus, they have been widely used. The performance of concrete made from recycled rubber aggregate from scrap tires has been evaluated since the early 1990s. The use of rubberized concrete in structural construction remains necessary because of its high impact resistance, increases ductility, and produces a lightweight concrete; therefore, it adds such important properties to SCS members. In this research, the use of different concrete core materials in SCS was examined. Twelve SCS specimens were subjected to push-out monotonic loading for inspecting their mechanical performance. One specimen was constructed from conventional normal weight concrete core, while the other specimens were constructed with modified core materials by either partial replacement of the coarse aggregate with crumb rubber (CR), the addition of oil palm fibre (OPF) to the concrete as a volume fraction of concrete, or both in the concrete cores. The investigated push-out specimens have a height of 450 mm and constructed from two hollow steel tubes with a square cross section of 100 mm and 5 mm in thickness which fixed to concrete prism using bolt end shear connectors. The detection of the mode of failure, load–slip as well as ductility behaviour, and the energy absorption capacity was investigated. The results revealed an improvement in the energy absorption (EA) capacity averagely by 55% for the specimen with 15% CR and 1.1% addition of OPF as a volume fraction of concrete in comparison with the reference specimens due to the high shear resistance.

5

Performance evaluation of different types of shear connectors in steel-concrete composite construction

Jayanthi V., Umarani C.

Archives of Civil Engineering

|

2018

|

Vol. 64, nr 2

97--110

EN

Shear connectors are designed in steel-concrete composite construction to transmit the longitudinal shear, to prevent separation of steel and concrete slabs, and also to increase the structural efficiency of the whole system. In this study, the performances of different types of shear connectors in steel-concrete composite specimens are evaluated by conducting push-out tests under monotonic loading conditions. An ISMB 200 @ 25.4 kg/m universal steel beam measuring 400 mm and a reinforced cement concrete slab measuring 300 mm with a breadth of 200 mm and a thickness of 200 mm reinforced with 8 mm diameter steel rods are used for the experimental study. The results reveal that the load-slip relationships for various types of shear connectors and failure mechanisms are obtained to identify those shear connectors which are more relevant to the steel – concrete composite members.

PL

Element konstrukcyjny złożony z dwóch lub większej ilości różnych rodzajów materiałów połączonych ze sobą, aby zachowywać się strukturalnie jako jedna jednostka, nosi nazwę elementu złożonego. W złożonych elementach stalowo-betonowych, wzdłużna siła ścinająca jest przenoszona na powierzchnię przylegania pomiędzy stalowym kołnierzem i płytą betonową, w wyniku mechanicznego działania kotwic do betonu. Zdolność kotwic do betonu do przenoszenia wzdłużnych sił ścinających zależy od ich wytrzymałości oraz od wytrzymałości płyty betonowej na pękanie podłużne, wywołane wysokim stężeniem sił ścinających. Stąd, te kotwice do betonu muszą być zaprojektowane tak, aby przenosić podłużne ścinanie wzdłużne wzdłuż powierzchni przylegania elementów stalowych i betonowych, w celu zapobieżenia separacji belki stalowej i płyty betonowej na styku oraz zwiększenia efektywności strukturalnej całego układu. W niniejszym artykule omówiono ocenę wydajności różnych rodzajów kotwic do betonu w ramach przeprowadzonych testów wypychania próbek kompozytu stalowo-betonowego. Zaproponowano zastosowanie wypchniętej próbki kompozytu stalowo-betonowego z wykorzystaniem uniwersalnej stalowej belki ISMB200 o długości 400 mm i zbrojonego betonowego bloku o wymiarach 300 mm x 200 mm i grubości 200 mm z różnymi rodzajami kotwic do betonu, takimi jak sworzeń łącznikowy, kanał, element I, element S i element Z. Bloki betonowe zostały przymocowane do kołnierzy stalowej belki za pomocą przyspawanych kotwic do betonu. Próbki ze sworzniem łącznikowym z łbem zostały wykonane przy użyciu dwóch sworzni na każdy kołnierz, a pozostałe rodzaje zostały wykonane przy użyciu jednego łącznika na każdy kołnierz.

6

Sztywność łączników sworzniowych w elementach zespolonych stalowo-betonowych – zalecenia normy a wyniki badań

Niedośpiał M.

Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture

|

2017

|

z. 64, nr 1

395--406

PL

W niniejszym artykule przedstawiono zagadnienie sztywności sworzni główkowych w stropach zespolonych o płycie pełnej i płycie na blachach fałdowych. Norma projektowania konstrukcji zespolonych (Eurokod 4) sugeruje przyjęcie sztywności łącznika o średnicy 19 mm równej 100 kN/mm nie różnicując tej wartości ze względu na długość sworznia, stosunek grubości płyty w fałdzie do grubości ponad fałdą, czy wytrzymałości betonu. Analizując dostępny asortyment blach trapezowych stosowanych w stropach zespolonych zauważyć można, że powyższa wartość ma zastosowanie do bardzo wąskiej grupy blach z dostępnego asortymentu. Okazuje się, że dla większości z dostępnych profili blach należy wyznaczyć ją doświadczalnie. Sztywność sworznia będzie miała wpływ na charakterystykę M-Ø węzła (a tym samym na wartości sił wewnętrznych w przypadku stosowania węzłów podatnych) oraz na naprężenia w zbrojeniu (a tym samym na szerokość rys). W artykule zawarto przegląd badań dostępnych w literaturze i zamieszczono wyniki sztywności sworzni wyznaczone z krzywej siła – poślizg. Wyniki te mogą stanowić wskazówki i pomoc dla projektantów w przypadku analizy konstrukcji zespolonych.

EN

In this paper presents the problem of stiffness the headed studs in composite slabs are reported. The standard of composite structures (Eurocode 4) suggests a stiffness of the headed stud 19 mm connector equal to 100 kN/mm without differentiating the value due to the length headed stud, the ratio of slab thickness to the profiled steel sheeting height or concrete strength. Analyzing the assortment of profiled steel sheets used in composite slabs, it turns out that the above value can be applied to a very narrow set of profiled steel sheets. For other diameters of headed studs this value should be determined experimentally. The stiffness of headed stud will have an effect on the M-Ø characteristic of the joint (and thus the internal forces in the case semi-rigid joints) and the tension in the reinforcement bars (and thus the width of the cracks). The article provides an overview of research available in the papers and presents the results of stiffness studs derived from force - slip relationship. These results can provide guidance and assistance to designers in the analysis of composite structures.

7

Analysis of stress in steel and concrete in cfst push-out test samples

Grzeszykowski B., Szadkowska M., Szmigiera E.

Civil and Environmental Engineering Reports

|

2017

|

No. 26(3)

145--159

EN

The paper presents the analysis of stress in steel and concrete in CFST composite elements subjected to push-out tests. Two analytical models of stress distribution are presented. The bond at the interface between steel and concrete in the initial phase of the push-out test is provided by the adhesion. Until the force reach a certain value, the slip between both materials does not occur or it is negligibly small, what ensures full composite action of the specimen. In the first analytical model the full bond between both materials was assumed. This model allows to estimate value of the force for which the local loss of adhesion in given cross section begins. In the second model it was assumed that the bond stress distribution is constant along the shear transfer length of the specimen. Based on that the formulas for triangle distribution of stress in steel and concrete for the maximum push-out force were derived and compared with the experimental results. Both models can be used to better understand the mechanisms of interaction between steel and concrete in composite steel-concrete columns.

PL

W pracy zaprezentowano analizę naprężeń w stali i betonie samozagęszczalnym w zespolonych elementach CFST poddanych badaniu przyczepności materiałów za pomocą testu push-out. Przedstawiono dwa modele obliczeniowe pozwalające na analizę stanu naprężeń na podstawie odczytów odkształceń stali w początkowej fazie badania oraz w momencie uzyskania maksymalnej siły. Przyczepność stali do betonu w początkowej fazie zapewniana jest przez zjawisko adhezji – do osiągnięcia pewnej wartości siły nie występuje poślizg między materiałami co powoduje ich pełne zespolenie. W pierwszym modelu założono pełne zespolenie obu materiałów a siła, dla której przewidywania modelu zaczynają odbiegać od wyników badań doświadczalnych może być, zdaniem autorów, uznana za siłę, przy której następuje utrata adhezji w danym przekroju. Za pomocą drugiego modelu obliczeniowego przeprowadzono analizę rozkładu naprężeń normalnych w stali i betonie jaki występuje przy maksymalnej sile działającej na elementy badawcze. Zakładając, że naprężenia ścinające między materiałami są stałe na wysokości elementu, na podstawie równań równowagi stwierdzono, że rozkład naprężeń w obydwu materiałach ma kształt trójkątny na długości strefy kontaktu. Przewidywania modelu z bardzo dobrą zgodnością potwierdzają odczyty odkształceń tensometrów umieszczonych w środku wysokości elementów. Zaprezentowane w pracy analityczno-doświadczalne metody analizy stanu naprężenia w elementach zespolonych mogą posłużyć do wyznaczania parametrów związków konstytutywnych „naprężenie przyczepności – poślizg” oraz walidacji modeli numerycznych.

8

Modern design of steel-concrete composite structures

Kozioł P.

Zeszyty Naukowe Politechniki Częstochowskiej. Budownictwo

|

2015

|

Z. 21 (171)

118--127

EN

In this article, innovative approach for the design of steel-concrete composite structure and the development of continuous shear connector are described. The main purpose of this paper is to highlight the common aspects of an innovative system of prefabricated composite beams with various types of shear connectors and to review the papers and research reports with experimental analysis of composite dowels connection. The possible failure mechanisms related to steel and concrete part of composite construction are presented and the components of the composite dowels connection are discussed. Additionally, the various applications realized in different European countries over past few years are mentioned, showing clearly the interest in this technology among designers and investors. This paper introduces problem of composite construction design, however, the focus is on the steel part of shear connector design.

PL

W pracy przedstawiono nowatorskie podejście do projektowania stalowo-betonowych konstrukcji zespolonych, opierające się na wykorzystaniu ciągłych łączników otwartych. Celem opracowania jest zaprezentowanie podstawowych cech innowacyjnego systemu prefabrykowanych belek zespolonych z zastosowaniem różnych typów łączników ścinanych, wykonanego na podstawie analiz artykułów i raportów z badań łączników composite dowels. Wskazano możliwe mechanizmy zniszczenia w odniesieniu do stalowej i betonowej części zespolenia oraz omówiono elementy składowe połączenia composite dowels. Opis uzupełniono przykładami obiektów wzniesionych w różnych państwach europejskich w ciągu minionych kilku lat, które wskazują na znaczne zainteresowanie tą technologią wśród projektantów i inwestorów. W artykule przedstawiono problematykę konstrukcji zespolonych, jednakże główną uwagę poświęcono części stalowej połączenia ścinanego.

9

Interfaces in fibre reinforced composites: micromechanical properties and their effect on the composite behaviour

Janczak-Rush J.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Inżynieria Materiałowa

|

2007

|

z. 20

3-95

EN

The main focus of the work is the characterisation and description of the properties of the fibre-matrix interface in continuous fibre reinforced composite materials. A unique in-situ Scanning Electron Microscope (SEM) Push-out technique for the measurement of micromechanical properties of the fibre-matrix interface was developed. It combines the materials analysis capabilities of SEM with a high resolution loading and measurement capability and presents the advantage of the possibility of observing the mechanisms of interfacial failure behaviour. The proposed method uses thin sections of real composites and allows the study of the effect of composite processing and of the service conditions on the micromechanical properties of the fibre-matrix interface and therefore on the overall composite behaviour. Temperature dependent interfacial properties (debonding and frictional sliding characteristics) of nearly all kind of long fibre composite materiais can be measured in a reliable way. Additionally, a special test configuration was evaluated to observe the crack propagation during the push-out process. As experimentally proved in this work, it allows in particular to differentiate between the top-to-bottom debonding (assumed in most analytical models) and the bottom-to-top debonding also taking place in some composite materials. An energy based model valid for both debonding model (top-to-bottom and bottom-to-top) was presented. With this model, the intrinsic interfacial properties (interfacial fracture energy, fibre-matrix sliding stress, friction coefficient and residual stresses) can be determined from the load-displacement characteristics measured in the push-out test. The successful use of the SEM Push-out method for the characterisation and optimisation of the fibre-matrix interfaces in various composites encompassing metal-, ceramic- and polymer-matrix composites, is demonstrated on different case studies. In particular the author estimated temperature dependent mechanical characteristics of interfaces in the following composites: SiC(Nicalon@NL207)/AI, Alz03(Saphikon)/AI, SiC(SCS-6 or DRA Sigma1240)/Ti6AI4V, SiC(Nicalon@)/borosilicate glass, SiC(Nicalon@)/CAS, GF/PET, which are mostly lacking in The main focus of the work is the characterisation and description of the properties of the fibre-matrix interface in continous fibre reinforced composite materials literature but are urgently needed by composite engineers materials. The interrelationship between the micromechanical interfacial properties and the macroscopic composite properties was studied for the investigated composites. Different issues in composite design and optimisation as for example the selection of main composite components (fibre, matrix), the use of interlayers, are described in the light of the interfacial properties. The work underlines the need to consider the fibre-matrix interface as a third (besides fibre and matrix) composite component.

PL

W pracy podjęto zagadnienie pomiaru i opisu własności mikromechanicznych warstwy granicznej włókno-osnowa w kompozytach wzmocnionych włóknami ciągłymi. W tym celu została opracowana inowacyjna metoda badania przyczepności włókien do osnowy polegająca na wypychaniu (push-out) włókien elementarnych z osnowy przy wykorzystaniu mikroskopu skaningowego (SEM). Dzięki zastosowaniu mikroskopu skaningowego metodą tą mogą być badane również kompozyty z włóknami o małej średnicy ( 5 11m). Metoda pozwala na obserwacje zjawisk towarzyszących procesowi dekohezji włókna niezbędną dla poprawnej analizy wyników pomiarowych i zrozumienia korelacji między własnościami warstwy granicznej a zachowaniem się kompozytu. W odróżnieniu od innych metod pomiarowych (np. test "pull-out"), metoda ta pracuje przy wykorzystaniu kompozytów rzeczywistych o dowolnej osnowie i uwzględnia szeroki zakres temperatury pomiaru (23-1200°C). W uzupełnieniu do standardowej wersji testu, została opracowana specjalna technika pozwalająca na obserwacje kierunku rozprzestrzeniania się pęknięcia podczas procesu dekohezji na granicy rozdziału włókno-osnowa. Pozwala ona rozróżnić między dekohezją zachodzącą od górnej, obciążonej strony próbki ("top-to-bottom debonding"), leżącej u podstaw większość modeli analitycznych, od dekohezji przebiegającej w przeciwnym kierunku ("bottom-to-top debonding"). Bazując na poczynionych obserwacjach, przedstawiony został model energetyczny pozwalający na wyznaczenie własności mikromechanicznych warstwy granicznej włókno-osnowa, wsółczynnika tarcia, naprężenia resztkowego, niezależnie od kierunku rozęcia dekahezyjnego. Podano przykłady skutecznegoozastasawania metady SEM push-out dla warstwy granicznej włókno-osnowa w kompozytach o różnej osnowie (metapolimerowa). Autorka, w szczególności skupiła się na określeniu charakterystyk mechanicznych warstwy granicznej w kompozytach takich, jak: AIP3w! (Saphikan)/AI, SiCw! (SCS-6 i DRA Sigma1240)fTi6AI4V, barokrzemianowe, SiCw!(Nicalan@)/CAS, GFwIIPET, które do tej pory ;kramnym wymiarze. Na wybranych przykładach został opisany wpływ wyników eksploatacji kompozytu na tego typu charakterystyki. Poruszone ia projektowania i optymalizacji kompozytów jak na przykład dobór wych (włókna-osnowa), czy zastasowanie warstw pośrednich. Praca V granicznej jaka trzeciego - obok osnowy i włókna - kampanentu go', którego własności muszą być uwzględniane przy projektowaniu wa (energia pękania, współczynnik tarcia, naprężenia resztkowe) niezależnie od kierunku rozprzestrzeniania się pęknięcia dekahezyjnego. W pracy zaprezentawano przykłady skutecznego zastasowania metody SEM push-aut dla opisu zachowania warstwy granicznej włókna-osnowa w kampozytach o różnej osnowie (metalowa, ceramiczna oraz polimerowa). Autorka, w szczególności skupiła się na określeniu temperaturowych zależności charakterystyk mechanicznych warstwy granicznej w kampazytach takich jak: SiCw!(Nicalan@)/AI, AIP3w! (Saphikan)/Al, SiCw! (SCS-6 i DRA Sigma1240)ffi6AI4V, SiCw! (Nicalan@)/szkła barokrzemianawe, SiCw!(Nicalan@)/CAS, GFwl/PET, które da tej pory w literaturze istniały w skromnym wymiarze. Na wybranych przykładach został opisany wpływ procesu produkcji i warunków eksploatacji kompozytu na tego typu charakterystyki. Poruszone zostały różne zagadnienia projektowania i aptymalizacji kompozytów jak na przykład dobór komponentów podstawowych (włókna, osnowa), czy zastosowanie warstw pośrednich. Praca uwidacznia rolę warstwy granicznej jako trzeciego - obok osnowy i włókna - komponentu materiału kompozytowego, którego własności muszą być uwzględnione przy projektowaniu kompozytu.