Wyniki wyszukiwania - BazTech

Ograniczanie wyników

Znaleziono wyników: 1

Liczba wyników na stronie

Wyniki wyszukiwania

Wyszukiwano:
w słowach kluczowych: słupy stalowo-betonowe

Sortuj według:

Ogranicz wyniki do:

Dwugałęziowe słupy stalowo-betonowe

Szmigiera E.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Budownictwo

2012

z. 155

3--182

Rozprawa stanowi podsumowanie wyników wieloletnich badań słupów stalowo-betonowych. Pierwszy etap doświadczeń, rozpoczęty przez autorkę pod koniec lat dziewięćdziesiątych ubiegłego wieku, dotyczył słupów zespolonych całkowicie obetonowanych. W kolejnym etapie przedmiotem zainteresowań były dwugałęziowe słupy stalowe, o przekroju złożonym z dwuteowników HEA 160, wypełnione betonem. W niniejszej pracy, na tle światowej literatury, omówiono rozwiązania konstrukcyjne i problemy, związane z projektowaniem zespolonych słupów stalowo-betonowych. Przeprowadzono ocenę przydatności stosowanych rozwiązań w odniesieniu do wyników własnych badań. Obszerną część pracy stanowi opis analizy doświadczalnej, przeprowadzonej na czterdziestu jeden słupach w skali naturalnej. Sformułowane na podstawie otrzymanych wyników wnioski zweryfi kowano zgodnie z aktualnym stanem wiedzy o konstrukcjach zespolonych. W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono, że współpraca stali i betonu w proponowanych rozwiązaniach słupów wykazuje pewne cechy wzajemnego „przystosowania”. Ten istotny wniosek dotyczy w szczególności przypadku, gdy działające na słup obciążenie przyłożone jest jedynie do stalowej lub betonowej części przekroju. Badania wykazały, że siła działająca przez kształtowniki powoduje, że odkształcalność całego słupa odpowiada charakterystyce materiału sprężysto-plastycznego, czyli stali. Natomiast obciążenie, wprowadzone jedynie przez betonowy rdzeń, zmienia charakter pracy badanego elementu. Otrzymane w tym przypadku wykresy siła–odkształcenie przypominają zależności przyjmowane w słupach betonowych. Pojęcie „przystosowanie” jest tu użyte w sposób poglądowy i nie ma związku z teorią przystosowania, sformułowaną przez Bleicha [9] i Melana [91]. W pracy przeprowadzono analizę ciągliwości badanych słupów stalowo-betonowych, stwierdzając znaczny przyrost energii zniszczenia, w stosunku do elementów stalowych. Wykazano, że na ciągliwość słupów dwugałęziowych znaczący wpływ ma sposób ich obciążania oraz rozstaw przewiązek. Wprowadzono pojęcie „stopnia ciągliwości” słupów, określające przyrost energii zniszczenia po przekroczeniu wartości obciążenia użytkowego. Obszerną część rozprawy stanowi modelowanie stopnia skrępowania betonu w dwugałęziowych słupach. Wykazano, że w pewnych obszarach przekroju beton znajduje się w złożonym stanie naprężenia, co ma wpływ na globalną nośność tych słupów. Zaproponowano wzór do szacowania maksymalnej siły obciążającej, uwzględniający występujące w słupach dwugałęziowych zróżnicowanie skrępowania betonu na długości elementu. Informacje na temat stanu naprężeń w przekrojach badanych słupów uzyskano także w ramach analizy udziału stali konstrukcyjnej i betonu w przenoszeniu działającego obciążenia. Ocenę tego udziału przeprowadzono, obliczając dystrybucję naprężeń między oboma materiałami, na podstawie zarejestrowanych odkształceń. W odniesieniu do betonu zastosowano dwie metody szacowania poziomu naprężeń. Pierwsza z nich, wykorzystująca zależność zaproponowaną przez Rüscha [117] zakładała, że beton znajduje się w jednoosiowym stanie naprężenia. W drugiej, wartość naprężeń w betonie wynikała z różnicy działającego obciążenia i siły przenoszonej przez stal konstrukcyjną. Porównanie uzyskanych wyników umożliwiło ustalenie stopnia skrępowania betonu w badanych typach słupów. W pracy przedstawiono także analizę doświadczalną, dotyczącą wpływu zastosowania betonu z włóknami stalowymi na nośność i odkształcalność słupów stalowo-betonowych. W badanych typach elementów stwierdzono znaczny przyrost sił niszczących w stosunku do wyników uzyskanych w słupach, wykonanych z betonu zwykłego o takiej samej wytrzymałości na ściskanie. Istotnym spostrzeżeniem jest zaobserwowana zmiana charakteru odkształceń, których przebieg zbliżony jest w tym przypadku do zależności przyjmowanej w materiałach sprężysto-plastycznych. Sformułowano wniosek, że wypełnienie słupów zespolonych fibrobetonem ma bardzo korzystny wpływ na ich nośność i odkształcalność, nawet przy niezbyt wysokiej klasie wytrzymałości na ściskanie tego betonu, ale przy zachowaniu odpowiedniej zawartości włókien w mieszance betonowej. Stwierdzono także, że zastosowanie fibrobetonu wpływa korzystnie na ciągliwość słupów, a także dystrybucję naprężeń w stali i betonie. Pod wpływem wzrastającego obciążenia zaobserwowano taki sam przyrost naprężeń w obu materiałach. Jest to szczególnie wyraźne w zakresie obciążenia użytkowego. Podobną zależność zaobserwowano jedynie w słupach wypełnionych betonem bez włókien, ale o znacznej wytrzymałości na ściskanie, równej fcm = 79,5 MPa. Na podstawie przeprowadzonej analizy, opartej na aktualnym stanie wiedzy stwierdzono, że przedstawione w pracy nowe rozwiązanie słupów, złożonych z dwóch dwuteowników, połączonych przewiązkami i wypełnionych betonem, może mieć szerokie zastosowanie w budownictwie. Wykazane zalety tych słupów, związane z ich dużą nośnością, sztywnością i ciągliwością, pozwalają na wykorzystanie proponowanych rozwiązań w konstrukcjach silnie obciążonych, posadowionych na gruntach o dużym osiadaniu, czy na terenach zagrożonych sejsmicznie. Można je także zastosować jako słupy docelowe w opisanej w dalszej części pracy, metodzie stropowej. W podsumowaniu podano kierunki dalszych prac, związanych z badaniem słupów stalowo-betonowych.

This work is a synthesis of the investigations into experimental and theoretical analysis of new solutions of steel-concrete composite columns. The first step of the tests, started in the nineties of the twentieth century, concerned elements consisting of fully encased I-shape HEA 160. During the second period of the investigations, twochord steel columns filled with concrete were the topic of interest. The cross sections of these elements consist of the same type of I-shapes. At the beginning, on the basis of world literature, new solutions of the composite columns are described and the most important problems connected with the designing of these structures are presented. The principal part of the work describes the experimental analysis of two-chord steel columns filled with concrete including the author's conclusions formulated on the basis of the presented investigations. All together, forty-one elements in technical scale were tested, with different spaces between battens, different concrete classes and also filled with fibre reinforced concrete. During the tests, three methods of force application were used to analyze the influence of these methods on the behavior of the tested elements. Hence, an integral part of this work concerns the analysis of bearing capacity and deformability of the tested columns. Cooperation between steel and concrete shows features of some adaptation between them. This concept is not however, connected with the known "shakedown theory", formulated by Bleich and Melan. An important conclusion, announced by the author, isconnected with cases of force application: through the steel shapes only and through the concrete part of the cross section. In the first method of load application, the stress-strain relation¬ship of columns has an elasto-plastic characteristic. When force is applied through concrete only, the behavior of the whole steel-concrete columns is similar to pure concrete compression elements. In the theoretical part of the work, analyses of column ductility and also of the degree of con-finement of concrete are conducted. The ductility of the tested columns, considered as destruction energy, was calculated from a force-shortening relationship obtained from experiments. The author formulates conclusions that the tested steel-concrete columns have considerable ductility. In com¬parison to steel elements, energy of destruction of columns with the distance between battens equals 240mm and for those filled with concrete of class C50/60, it increased twice. The author suggests introducing the concept of "degree of ductility" of columns, determining the increase of energy after the force exceeds about 60% of the load bearing capacity. A significant part of the work is the modeling of the confinement of concrete in the tested col-umns. From the calculations, the author concludes that the state of stresses in concrete depends on the area of the cross section and on the distance between battens. The author proposes the equation for estimation of the load bearing capacity of the tested columns taking into account the effect of concrete confinement. The results obtained from calculations and experiments show a good agree¬ment. The presence of confinement of concrete in the tested columns was confirmed by calculations of the distribution of loads and stresses between structural steel and concrete. . Computer simulations were carried out for chosen 'types of two-chord columns. Nonlinear three-dimensional FE analysis of axial compression was conducted using the finite element program ABAQUS. Numerical results were validated through comparison with experimental data in terms of ultimate strength and deformation modes. Modeling-related problems, such as the definition of boundary conditions, imperfections, concrete-steel interaction, material representation and others, are investigated using a comprehensive parametric study. The developed FE models are used for an enhanced interpretation of experiments and for the predictive study of cases not included in experi¬mental testing. The results obtained from experimental, theoretical and numerical analysis have the practical applications for designing composite columns. In the author's opinion, the types of steel-concrete compression elements investigated in the work can be used in heavily loaded structures characterized by a substantial lateral strain and also in columns of underground structures, as well as in buildings erected with the "up-and-down" method or for strengthening steel columns in existing structures. The work ends with a summary, final conclusions and further research suggestions, formulated as above.