Composite beam, which combined the material characteristic of the steel and concrete, has been widely used in the construction of various building and bridge system. For the effective application of the composite beam, the composite action on the composite interface between the concrete element and the steel element should be achieved by shear connectors. The behavioral characteristics of composite beam are related with the degree of interaction and the degree of shear connection according to the shear strength and shear stiffness of the stud shear connectors. These two concepts are also affected by the number of installed shear connector and the strength of composite materials. In this study, experimental and analytical evaluations of the degree of shear connection affected by stud diameter were conducted, and the relationship between structural behavior and the degree of shear connection was verified. The very small difference among the ultimate loads of the specimens depending on the change of the degree of connection was possibly because of the dependence of the ultimate load on the characteristic of plastic moment of the composite beam.
Gao, Yanmei;Fan, Liang;Yang, Weipeng;Shi, Lu;Zhou, Dan;Wang, Ming
Steel and Composite Structures
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v.45
no.3
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pp.425-436
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2022
The mechanical behaviors of the prefabricated steel-concrete composite beams are usually affected by the strength and the number of shear studs. Furthermore, the discrete degree of the arrangement for shear stud clusters, being defined as the clustering degree of shear stud λ in this paper, is an important factor for the mechanical properties of composite beams, even if the shear connection degree is unchanged. This paper uses an experimental and calculation method to investigate the influence of λ on the mechanical behavior of the composite beam. Five specimens (with different λ but having the same shear connection degree) of prefabricated composite beams are designed to study the ultimate supporting capacity, deformation, slip and shearing stiffness of composite beams. Experimental results are compared with the conventional slip calculation method (based on the influence of λ) of prefabricated composite beams. The results showed that the stiffness in the elastoplastic stage is reduced when λ is greater than 0.333, while the supporting capacity of beams has little affected by the change in λ. The slip distribution along the beam length tends to be zig-zagged due to the clustering of studs, and the slip difference increases with the increase of λ.
Due to the high compressive and tensile strength of ultra-high performance concrete (UHPC), UHPC used in steel concrete composite structures provided thinner concrete layer compared to ordinary concrete. This leaded to the headed stud shear connectors embedded in UHPC had a low aspect ratio. In order to systematic investigate the effect of headed stud with low aspect ratio on the structural behaviors of steel UHPC composite structure s this paper firstly carried out a test program consisted of twelve push out specimens. The effects of stud height, aspect ratio and reinforcement bars in UHPC on the structural behaviors of headed studs were investigated. The push out test results shows that the increasing of stud height did not obviously influence the structural behaviors of headed studs and the aspect ratio of 2.16 was proved enough to take full advantage of the headed stud strength. Based on the test results, the equation considering the contribution of weld collar was modified to predict the shear strength of headed stud embedded in UHPC. The modified equation could accurately predict the shear strength of headed stud by comparing with the experimental results. On the basis of push out test results, bending tests consisted of three steel UHPC composite slabs were conducted to investigate the effect of shear connection degree on the structural behaviors of composite slabs. The bending test results revealed that the shear connection degree had a significantly influence on the failure modes and ultimate resistance of composite slabs and composite slab with connection degree of 96% in s hear span exhibited a ductile failure accompanied by the tensile yield of steel plate and crushing of UHPC. Finally, analytical model based on the failure mode of composite slabs was proposed to predict the ultimate resistance of steel UHPC composite slabs with different shear connection degrees at the interface.
Sharif, Alfarabi M.;Assi, Nizar A.;Al-Osta, Mohammed A.
Steel and Composite Structures
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v.34
no.3
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pp.321-332
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2020
The loss of composite action at the hogging moment zone for a continuous composite girder reduces the girder stiffness and strength. This paper presents an experimental investigation of the use of an ultra-high performance concrete (UHPC) slab at the hogging moment zone and a normal concrete (NC) slab at the sagging moment zone. The testing was conducted to verify the level of loading at which composite action is maintained at the hogging moment zone. Four two-span continuous composite girders were tested. The thickness of the UHPC varied between a half and a full depth of slab. The degree of shear connection at the hogging moment zone varied between full and partial. The experimental results confirmed the effectiveness of the UHPC slab to enhance the girder stiffness and maintain the composite action at the hogging moment zone at a load level much higher than the upper service load limit. To a lesser degree enhanced performance was also noted for the smaller thickness of the UHPC slab and partial shear connection at the hogging moment zone. Plastic analysis was conducted to evaluate the ultimate capacity of the girder which yielded a conservative estimation. Finite element (FE) modeling evaluated the girder performance numerically and yielded satisfactory results. The results indicated that composite action at the hogging moment zone is maintained for the degree of shear connection taken as 50% of the full composite action and use of UHPC as half depth of slab thickness.
This paper investigates the flexural capacity of simply supported steel-concrete composite I beam and box beam under positive bending moment through combined experimental and finite element (FE) modeling. 24 composite beams are included into the experiments and parameters including shear connection degree, transverse reinforcement ratio, section form of girder, diameter of stud and loading way are also considered and investigated. ABAQUS is employed to establish FE models to simulate the behavior of composite beams. The influences of a few key parameters, such as the shear connection degree, stud arrangement, stud diameter, beam length and loading way, on flexural capacity are discussed. In addition, three methods including GB standard, Eurocode 4, and Nie method are also used to estimate the flexural capacity of composite beams and also for comparison with experimental and numerical results. The results indicate that Nie method may provide a better estimation in comparison to other two standards.
This paper investigates the flexural stiffness of simply supported steel-concrete composite I-beams under positive bending moment through combined experimental, numerical, and different standard methods. 14 composite beams are tested for experimental study and parameters including shear connection degree, transverse and longitudinal reinforcement ratios, loading way are also investigated. ABAQUS is employed to establish finite element (FE) models to simulate the flexural behavior of composite beams. The influences of a few key parameters, such as the shear connection degree, stud arrangement, stud diameter, beam length, loading way, on the flexural stiffness is also studied by parametric study. In addition, three widely used standard methods including GB, AISC, and British standards are used to estimate the flexural stiffness of the composite beams. The results are compared with the experimental and numerical results. The findings have provided comprehensive understanding of the flexural stiffness and the modelling of the composite beams. The results also indicate that GB 50017-2003 could provide better results in comparison to the other standards.
Most connections for the glulam structural members consisted of connector and fastener. The mechanical behaviour of the connection can be occurred by the dowel bearing resistance and wood shear by the fastener. This study aims at the examination of the shear properties for the small specimen with lamination components and for the full-sized pin connection and the moment resisting property for the double shear full-sized pin connection using structural column and beam members. Small specimens including glue line shows greater density and shear strength by the lamination effect than other specimens. It is needed that estimations of double shear property and moment resistance for the pin connections should be adjusted in some degree. For the better and safe estimation of moment resistance strength for the column-beam pin connection, however, the shear strength of small specimens should be deducted by 10%.
Journal of the Korean Professional Engineers Association
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v.19
no.4
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pp.5-10
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1986
On SWS 41 Plates jointed by the F11T M 20 high strength bolts the study on stress behavior and safety degree until rupture in static tensile tests were performed. By these results, in case of no clamping force stress concentration was extremed for strain of about 10% higher ratio. Elastic strain occurred to change of test specimens depth by the load and plastic strain occurred to local minute sleep after elastic strain. compared shear stress with tension stress from the fracture load it was showned lower values than the maximum shear stress theory and stress strain energy theory.
Large studs were suggested not only for the design of steel-concrete composite bridges with simplified sections but also for the shear connection in precast decks requiring uniform distribution of shear pockets. Based on the push-out test results on studs with diameters of more than 25 mm, partial composite beams with 40%-degree shear connection were fabricated, and static tests were performed. The ultimate strength and horizontal shear load redistribution of partial composite beams, which have parameters of stud shank diameters and distribution, were evaluated, and group failure in the shear span was observed. Since the flexural strength of composite beams are dependent on the strength of their shear connection, the strength of the stud connection was estimated and it showed considerably higher shear strength. From the load-slip curves, the sufficient ductility and load redistribution of large studs were confirmed. Uniformly distributed large studs can provide proper ultimate behavior of composite beams.
When the material strength and ductility of shear studs is sufficient to carry the interface shear force, the composite beam can behave safely without premature structural failure in the interface and without ultimate moment reduction. In this study, the influence of the deformation capacity of shear studs embedded in high-strength concrete on structural behavior and design condition of composite beam is analyzed using FEM. In the analysis, load type, degree of shear connection and arrangement of studs are considered as analysis parameters. According to analysis results, in the case of partial interaction,the deformation capacity of studs embedded in high-strength concrete should be considered together with material strength. Especially in the case of uniform arrangement of studs and uniformly distributed load, a minimum available degree of shear connection is restricted by the deformation capacity of studs. In this case,shear studs should be arranged in consideration of the distribution of shear force at the composite section.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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