Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

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

Szadkowska Magdalena, Szmigiera Elżbieta

Archives of Civil Engineering

|

2022

|

Vol. 68, nr 3

125--137

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.

2

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.

3

Zastosowanie stali austenitycznej w słupach kompozytowych

Maćków J., Zimniak Z., Ubysz A.

Materiały Budowlane

|

2016

|

nr 5

99--100

PL

W artykule omówiono możliwości zastosowania stali austenitycznej H20N12S2/1.4828 w słupach CFST oraz CFDST. Przedstawiono zagadnienie ochrony ogniowej stali oraz przegląd badań literaturowych dotyczących odporności ogniowej słupów CFST oraz CFDST. Badania własne obejmowały mikrostrukturę, twardość oraz statyczną próbę rozciągania próbek pobranych wzdłuż oraz w poprzek osi walcowania. Doświadczenia wykonane na słupach z wykorzystaniem stali żaroodpornej potwierdziły zasadność jej stosowania jako elementów nośnych.

EN

Article applies opportunities to the use of austenitic steel H20N12S2/1.4828 in CFST and CFDST columns. In publication presents the problem protection of fire for steel and review of literature research of CFST and CFDST columns exploited` in high temperature. Own research included examination of the microstructure, hardness and static stretching samples cut taken along and across rolling axis. Experience on columns with heat-resistant steel confirmed the legitimacy of the use of it as a load-bearing elements.

4

Kształtowanie rozwiązań dwugałęziowych słupów stalowo-betonowych

Szmigiera E., Szadkowska M., Grzeszykowski B.

Przegląd Budowlany

|

2015

|

R. 86, nr 1

40--45

PL

W referacie przedstawiono wyniki badań doświadczalnych (przeprowadzonych na elementach w skali naturalnej) oraz modelowania numerycznego dwugałęziowych słupów stalowo-betonowych. W wybranych do analizy elementach zastosowano różne rozwiązania materiałowe i konstrukcyjne (różne klasy wytrzymałości betonu, rozstaw przewiązek lub rozwiązania bez przewiązek). Otrzymane rezultaty wykorzystano do oceny ich zachowania, porównując nośność i ciągliwość wybranych elementów.

EN

The paper presents the results of experiments (conducted on 1:1 scale components) and of numerical analysis of two-cord steel-concrete columns. Various material and design solution have been used in the components selected for the study (various concreted strengths, spacing of battens or solutions without battens). The obtained results were used to evaluate the behaviour of the columns by comparing the load capacity and ductility of selected components.

5

Wpływ sposobu przekazywania obciążenia na nośność słupów stalowo-betonowych

Szmigiera E.

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

|

2013

|

z. 60, nr 2

253--267

PL

W referacie przedstawiono wyniki badań ściskanych osiowo dwugałęziowych słupów stalowo-betonowych, złożonych z dwuteowników HEA 160, połączonych przewiązkami o różnym rozstawie. Przestrzeń między kształtownikami została wypełniona betonem. Przeprowadzona analiza dotyczyła wpływu sposobu przekazywania obciążenia na ich nośność i odkształcalność. Wcześniej podobne badania przeprowadzono w odniesieniu do całkowicie obetonowanych słupów zespolonych, których przekrój był złożony z dwuteownika HEA 160. W obu przypadkach, badaniom poddano elementy w naturalnej skali, klasyfikowane jako krępe. Stwierdzono, że w wyniku jednokrotnego obciążania aż do zniszczenia, sposób przekazywania siły na element nie ma znaczącego wpływu na jego nośność. Zmienia natomiast charakter jego zachowania oraz postać zniszczenia, powoduje także zerwanie przyczepności między stalą konstrukcyjną i betonem. Zatem w tym przypadku należy zastosować łączniki w strefie przekazywania obciążenia, zgodnie z zaleceniami EC4. Z badań wynika, że najbardziej niekorzystne jest przekazywanie siły przez samą część betonową przekroju. Zalecanym schematem jest natomiast obciążanie całego przekroju równomiernie lub, jeśli jest to niemożliwe, przez stalowe kształtowniki. Ten ostatni sposób wprowadzania siły jest dodatkowo korzystny ze względu na sprężysto-plastyczny charakter wykresów ścieżek równowagi tych słupów, uzyskany na podstawie pomiarów skróceń. Nośność elementów obciążanych przez kształtowniki, pomimo zerwania przyczepności między stalą i betonem, była znacznie większa niż samych słupów stalowych.

EN

The paper presents the experimental analysis of two-chords battened steel columns filled with concrete. The steel part of the cross-sections consists of I-shapes HEA 160. The first step of tests, started since the nineties of twenty century, concerned the elements consisted of the same fully encased steel shape. All columns were tested in technical scale. During tests three methods of the force application were used: through whole cross-section, through the steel shapes and through concrete only. The aim of experiments was to analyzing the influence of these methods on the bearing capacity and deformability of steel-concrete columns. The results obtained from the tests show that the method of load application does not influence on the value of destructive force, but changes the column’s behavior. Important conclusion, announced by the author, espe-cially concerns cases of two methods of force applying: through the steel shapes only and through the concrete part of the cross section. In the first method of load application, the stress-strain relationship of columns has an elastic-plastic characteristic. When the force is applied through the concrete only, the behavior of the whole steel-concrete columns is similar to the pure concrete compression elements. It results from the tests that two solutions are recommended to the practi-cal application: force acting through whole composite crosssection and, if it is impossible, only through steel shapes. Analysis of stress-strain dependence for steel and concrete shows that if the load is applied only through one of materials, the bond between them doesn’t appear. However the destructive forces for these two-chords composite columns obtained during tests were signifi-cantly higher then for steel elements only. In the author opinion the results obtained from experimental and theoretical analysis have the practical applications for designing of composite columns and composite joints.

6

Dwugałęziowe słupy stalowo-betonowe

Szmigiera E.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Budownictwo

|

2012

|

z. 155

3--182

PL

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.

EN

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.

7

O wpływie sposobu przyłożenia obciążenia na nośność krępego słupa zespolonego stalowo-betonowego

Małek E., Kupina M.

Inżynieria i Budownictwo

|

2011

|

R. 67, nr 12

664-666

PL

Przedstawiono wyniki analizy nośności słupa zespolonego w postaci rury okrągłej wypełnionej betonem, w zależności od sposobu przykładania osiowego obciążenia oraz rodzaju zespolenia. Analizę przeprowadzono metodą elementów skończonych (MES) za pomocą programu ANSYS. Dokonano także przybliżonej oceny zwiększenia nośności słupa dzięki zwiększeniu wytrzymałości betonu na ściskanie, spowodowanego ograniczeniem odkształceń poprzecznych betonu przez płaszcz rury stalowej.

EN

Results of analysis of the carrying capacity of the composite steel-concrete short columnin the form of round tube filled with concrete depending on the way of loading and thetype of composition, have been presented. The analysis has been based on the finite elements method (FEM) with the help of the ANSYS programme. An estimation of the concretecompressive strength growth caused by the steel tube limiting the horizontal concrete strains, has been also made.

8

Ocena zespolenia materiałów w dwugałęziowych słupach stalowych wypełnionych betonem

Szmigiera E.

Inżynieria i Budownictwo

|

2009

|

R. 65, nr 11

618-620

PL

Opisano przebieg pilotażowych doświadczeń, dotyczących przyczepności materiałów w dwugałęziowych słupach stalowych wypełnionych betonem. Autorski program badań umożliwił uzyskanie wartości naprężeń ścinających, występujących na styku stali i betonu w tego typu elementach ściskanych. Pozwala to na rozszerzenie wiedzy na temat pracy słupów stalowo-betonowych, złożonych z dwóch kształtowników, których nośność i odkształcalność zbadano w poprzednich etapach prowadzonych doświadczeń.

EN

In the paper the initial tests performed on the three types of models of the two battened chords filled with concrete are described. The researches concern problem of shear connection between steel and concrete during the axial compression in these types of columns. Also the first results of tests are presented and analyzed. It is followed from the tests that for the models of battens spacing equal 780 mm the value of shear stresses is similar to the shear strength for concrete filled hollow sections taken from the code.