Podatność połączenia stalowego dżwigara z płytą betonową w mostach zespolonych

• Autorzy: Machelski, C. , Toczkiewicz, R.

Warianty tytułu

EN

Flexibility of a steel girder connection with a slab in composite bridges

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Praca dotyczy analizy sił wewnętrznych i przemieszczeń w dżwigarach głównych mostów wykonanych z belek stalowych, zespolonych w sposób podatny z betonową płytą pomostową. Omówiono w niej: sposoby konstruowania płyt pomostowych, stosowane rodzaje łączników zespalających, wyniki badań podatności zespolenia. Przedstawiono pięć modeli ujęcia zjawiska podatności zespolenia w dżwigarach zginanych. Skupiono się na rozwiązaniu problemu w postaci analitycznej - równań różniczkowych. Poddano analizie stosowane dwa ujęcia rozwiązania zagadnienia współdziałania elementów dżwigara zespolonego, dające w wyniku rozwiązania siły wewnętrzne lub przemieszczenia. Wykazano, że mieszane rozwiązanie jest efektywniejsze, daje bowiem dokładne wyniki, zarówno w zakresie sił wewnętrznych, jak i przemieszczeń. Analizę problemu z użyciem klasycznego parametru, charakteryzującego podatność zespolenia Cz, uzupełniono o własne wskaźniki μ oraz pβ Wykazano, że wskaźniki μ i β dają, informacje wyłącznie o rozkładzie naprężeń w przekroju poprzecznym dżwigara. Funkcje Cz(x) i M(x) mają istotny wpływ na rozkład sił wewnętrznych na całej długości dżwigara, a więc również na μ(x) i β(x). Podane w pracy przykłady numeryczne dają obraz zależności pomiędzy Cz(x) i M(x) oraz μ i pβ.

EN

The paper concerns analysis of internal forces and displacements in steel bridge girders flexibly connected with concrete deck slab. Types of deck slabs, shear connectors and test results are discussed. Five models describing the phenomenon of connection flexibility in bent girders are presented. The emphasis is put on the solution of the analytical problem based on differential equations. The analysis concerns two applied forms of the problem concerning the interaction of the combined girder elements resulting with internal forces or displacements. The mixed solution has been proven to be more effective, as it provides exact results (internal forces and displacements). The analysis of the problem, carried out with use of classical parameter Cz characterizing flexibility of connection, was complemented with μ and β indicators introduced by authors. It is shown that μ and β indicators inform on the stress distribution in cross section of the girder. The Cz(x) and M(x) functions essentially influence the internal forces distribution along the girder. Thus they influence then and p indicators as well. Numerical examples given in the paper describe relations between Cz(x) and Mz(x) as well as μ and pβ.

Słowa kluczowe

PL

dźwigar; płyty betonowe; mosty zespolone

• Czasopismo: Drogi i Mosty
• Rocznik: 2005
• Tom: nr 3
• Strony: 37-76
• Opis fizyczny: bibliogr. 46 poz.

Twórcy

autor

Machelski, C.

• Instytut Inżynierii Lądowej Politechniki Wrocławskiej

autor

Toczkiewicz, R.

• Instytut Inżynierii Lądowej Politechniki Wrocławskiej

Bibliografia

• [1] Furtak K.: Mosty zespolone. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa-Kraków 1999
• [2] Danielski L.: Mosty metalowe. Wydawnictwo Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 1983
• [3] Karlikowski J., Włowicki W.: The experimental-analytical assessment of the carrying capacity of the quasi composite multi beam bridge. Proceedings of the 4th International Conference Safety of Bridge Structures, 435-442, Wrocław 1992
• [4] Nakamura S., Momiyama Y., Hosaka T., Homma K.: New technologies of steel/concrete composite bridges. Journal of Constructional Steel Research, 58, 99-130, 2002
• [5] Flaga K., Szopa J.: Słupy zespolone typu CFST jako alternatywa dla słupowych żelbetowych filarów mostowych. Konferencja Naukowo-Techniczna Mosty Zespolone, 89-99, Kraków 1998
• [6] Toczkiewicz R.: Chiny - prekursor konstrukcji CFST. Bezpieczne Drogi, nr 7 (67), 20-22, 2004
• [7] Furtak K., Sobczyk M., Wąchalski K.: Nowa generacja łączników w mostach zespolonych. Inżynieria i Budownictwo, 5, 239-243, 1998
• [8] Oehlers D. J., Nguyen N. T., AhmedM., BradfordM. A.: Partial interaction in composite steel and concrete beams with full shear connection. Journal of Constructional Steel Research, 41, 235-248, 1997
• [9] Kliger I. R., Pellicane P. J.: Stiffness evaluation of stressed-skin panels of mixed construction. Journal of Structural Engineering, 123, 8, 1046-1053, 1997
• [10] Hegger J., Sedlacek G., Doeinghaus P., Trumpf H.: Untersuchungen zur Duktilitaet der Verbundmuettel bei Anwendung von Hochfestem Stahl und hochfestem Beton. Stahlbau 70 (2001), 7, 436-446
• [11] Topkaya C., Yura J. A., Williamson E. B.: Composite shear stud strength at early concrete ages. Journal of Structural Engineering, 130, 6, 952-960, 2004
• [12] An L., Cederwall K.: Push out tests on studs in high strength and normal strength concrete. Journal of Constructional Steel Research, 36, 15-29, 1996
• [13] Chang-Su S., Pil-Goo L., Tae-Yang Y.: Static behavior of large stud shear connectors. Engineering Structures, 26, 1853-1860, 2004
• [14] Oehlers D. J.: Deterioration in strength of stud connectors on composite bridge beams. Journal of Structural Engineering, 116, 12, 3417-3431, 1990
• [15] Gattesco N., Giuriani E.: Experimental study on stud shear connectors subjected to cyclic loading. Journal of Constructional Steel Research, 38, 1, 1-21, 1996
• [16] Nakajima A., Saiki I., Kokai M., Doi K., Takabayashi Y., Ooe H.: Cyclic shear forceslip behavior of studs under alternating and pulsating load condition. Engineering Structures , 25, 537-545, 2003
• [17] Civjan S. A., Singh P.: Behavior of shear studs subjected to fully reversed cyclic loading, Journal of Structural Engineering, 129, 11, 1466-1474, 2003
• [18] Chang-Su S., Pil-Goo L., Sung-Pil C.: Design of shear connection in composite steel and concrete bridges with precast decks. Journal of Constructional Steel Research, 57, 203-219, 2001
• [19] Nie J., Xiao Y., Lin C.: Experimental studies on shear strength of steel-concrete comoposite beams. Journal of Structural Engineering, 130, 8, 1206-1213, 2004
• [20] Yen J. Y. R., Lin Y., Lai M. T.: Composite beams subjected to static and fatigue loads. Journal of Structural Engineering, 123, 6, 765-771, 1997
• [21] Onysyk J., Sadowski K., Biliszczuk J.: Badania odbiorcze w zakresie próbnego obciążenia mostu granicznego na rzece Nysa Łużycka w miejscowości Zasieki. Raport serii SPR 114/20002 Instytutu Inżynierii Lądowej Politechniki Wrocławskiej
• [22] Łagoda M.: Stany graniczne podatności łączników w mostowych konstrukcjach zespolonych. Raport PRE-52/81 Instytutu Inżynierii Lądowej Politechniki Wrocławskiej (praca doktorska)
• [23] Bullo S., Di Marco R.: A simplified method for assessing the ductile behavior of stud connectors in composite beams with high strength concrete slab. Journal of Constructional Steel Research, 60, 1387-1408, 2004
• [24] Hegger J., Goralski C., Rauscher S., Kerkeni N.: Finite-Elemente-Berechnungen zum Trag und Verformungsverhalten von Kopfbolzenduebeln. Stahlbau, 73 (2004), 1, 20-25
• [25] Ryż K.: Wpływ stopnia współpracy płyty z dźwigarem na efekty reologiczne w zespolonych przęsłach mostowych typu beton-stal. Konferencja Naukowo-Techniczna „Trwałość i Przydatność Użytkowa Konstrukcji Mostowych”, 307-315, Poznań 1989
• [26] Hyo-Gyoung K., Young-Jae S.: Time-dependent behavior of composite beams with flexible connectors. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 191, 3751-3772, 2002
• [27] Slutter R.G., Fisher J.W.: Fatigue strength of shear connectors. Hwy. Res. Rec. 147, Transp. Res. Board, Washington, D.C., 1966
• [28] Hallam M. W.: The behavior of stud shear connectors under repeated loading. University of Sydney School of Civil Engineering Research Report R 281, August 1976
• [29] Taplin G., Grundy P.: Incremental slip of stud shear connectors under repeated loading. Proceedings of the International Conference on Composite Construction, Innsbruck 1995
• [30] Newmark N. M.: Tests and analysis of composite beams with incomplete interaction. Exp. Stress Anal. 9 (1), 75-92, 1951
• [31] Wang Y. C.: Deflection of steel-concrete composite beams with partial shear interaction. Journal of Structural Engineering, 124, 10, 1159-1165, 1998
• [32] Faella C., Martinelli E., Nigro E.: Steel and concrete composite beams with flexible shear connection: “exact” analytical expression of the stiffness matrix and applications. Computers and Structures, 80, 1001-1009, 2002
• [33] Nie J., Cai C. S.: Steel-concrete composite beams considering shear slip effects. Journal of Structural Engineering, 129, 4, 495-506, 2003
• [34] Seracino R., Oehlers D.J., YeoM.F.: Partial-interaction flexural stresses in composite steel and concrete bridge beams. Engineering Structures, 23, 1186-1193, 2001
• [35] Jasim N. A.: Deflections of partially composite beams with linear connector density. Journal of Constructional Steel Research, 49, 3, 241-254, 1999
• [36] Salari M. R., Spacone E., Shing P., Frangopol D.M.: Nonlinear analysis of composite beams with deformable shear connectors. Journal of Structural Engineering, 124, 10, 1148-1158, 1998
• [37] Gattesco N.: Analytical modeling of nonlinear behavior of composite beams with deformable connection. Journal of Constructional Steel Research, 52, 195-218, 1999
• [38] Oven A., Burgess I.W., Plank R. J., Wali A. A.: An analytical model for the analysis of composite beams with partial interaction. Computers and Structures, 62, 3, 493-504, 1997
• [39] Fragiacomo M., Amadio C., Macorini L.: Finite-element model for collapse and longterm analysis of steel-concrete composite beams. Journal of Structural Engineering, 130, 3, 489-497, 2004
• [40] Faella C., Martinelli E., Nigro E.: Shear connection nonlinearity and deflections of steel-concrete composite beams: a simplified method. Journal of Structural Engineering, 129, 1, 12-20, 2003
• [41] Ayoub A.: A force-based model for composite steel-concrete beams with partial interaction. Journal of Constructional Steel Research, 61, 387-414, 2005
• [42] SebastianW.M., McConnel R. E.: Nonlinear FE analysis of steel-concrete composite structures. Journal of Structural Engineering, 126, 6, 662-674, 2000
• [43] Razaqpur G., Nofal M.: Analytical modeling of nonlinear behavior of composite bridges. Journal of Structural Engineering, 116, 6, 1715-1733, 1989
• [44] Lorenc W., Kubica E.: Nonlinear modeling of composite beams prestressed with external tendons. Archives of Civil and Mechanical Engineering, IV, 1/2004, 83-93
• [45] Machelski Cz.: Efekty podatności zespolenia w przęsłach drogowych pod obciążeniem ruchomym. Drogownictwo, 7/1998, 210-212
• [46] Trost H.: Zur Berechnung von Stahlverbundträgern in Gebrauchszustand auf Grund neuerer Erkenntnisse des viskoselastischen Verhaltenes des Betons. Der Stahlbau, 11/1968