Shear and Flexural Behavior of Prefabricated Hybrid Steel Joist Girders Supporting FRC Slabs

الموضوعات

علوم تطبيقية وتكنولوجية

الملخص

The experimental program of the present study consisted of fabricating and testing two groups of specimens; all specimens were tested under monotonic load. The first group consisted of ten hybrid open web steel joists (HOWSJs) specimens; each pair of these specimens had the same cross-section and included three variables. The first variable was the shape of the cross-section of the joist, the second variable was the span-to-depth ratio of steel joists, and the third variable was the effect of the diameter of interior web members on the shear, flexural, and lateral-torsional buckling behavior of the HOWSJs. The second group consisted of seven composite open web steel joists (COWSJs) specimens. Three specimens were tested with different cross-section shapes of HOWSJs to study the effect of the shape of the cross-section on the behavior of the composite open web steel joists. While four specimens had the same cross-section as the HOWSJs, many variables were investigated when testing these specimens. These variables were the effective width of the concrete slab deck, the span-to-depth ratio of HOWSJs, and the type of the concrete slab; two types of concrete were used in this study to cast the deck, which were steel fiber reinforced concrete (SFRC) and non-fibrous concrete (NC). In this study, a new type of shear connector was used, so a push-out test was performed to determine the shear strength and stiffness of the shear connectors embedded in both NC and SFRC. The experimental results for the shear resistance of this type of shear stud were compared with some standard design codes, and the results showed that these equations could be used to calculate the shear resistance of shear studs for both NC and SFRC. The experimental results of the HOWSJs showed that the length-to-depth ratio (L/D) affected the analysis behavior of the joists. Therefore, when the L/D decreased, the improvement of the ultimate capacity was very slight, about 1.81%; this slight increase was in the case of using the same bar diameter for the interior web used in prefabricated joists with L/D of 5.1 and joists with L/D of 3.6. However, when the interior web’s bar diameter was increased by about 24.48%, which led to a decrease in the slenderness ratio of the diagonal interior web members for HOWSJs, the increase in the ultimate capacity became about 25.7%, and the deflection decreased by about 11.3%. Also, the shape of the cross-section of HOWSJs had a considerable effect on the behavior of the steel joists. For the HOWSJ, which was fabricated by welding the angles of the top and bottom chords back-to-back, the ultimate capacity increased almost 7.4% and 14.5% when compared with specimens fabricated by welding the angles of the chords either face-to-face without a gap or face-to-face with a gap. Meanwhile, the ductility index of the HOWSJ specimens with a face-to-face with gap cross-section was 1.52 and 1.35 times the ductility index of the HOWSJ specimens with back-to-back and face-to-face without gap cross-section, respectively. The lateral-torsional buckling experimental and theoretical investigation showed that specimens with a face-to-face with gap cross-section were more stable against lateral deformations than the other two cross-sections. They had rotation and lateral deflection less than specimens with a back-to-back welded angle cross-section by about 25.1% and 30.7%, respectively. Also, they had rotation and lateral deflection less than specimens with a face-to-face without gap welded angle cross-section by about 7.3% and 11.2%, respectively. Regarding the composite open web steel joists group, the experimental results showed that using SFRC to cast the slab slightly improved composite steel joists’ strength, stiffness, and ductility compared with using NC. On the other hand, increasing the span/depth ratio of HOWSJs for the two types of concrete slabs resulted in normalized deflections that were approximately 31% greater than COWSJs with a lower L/D ratio. While decreasing the span/depth ratio improved the ultimate load capacity by about 3.66% and 4.31% for the NC and SFRC slabs, respectively. Using the SFRC deck slab in the COWSJ specimens for the three cross-section shapes of HOWSJs used in this study enhanced the ultimate load capacity, stiffness, toughness, and improved the stability of interior web members and chords, with reasonable ductility compared to the results of HOWSJ specimens. Finally, a finite element analysis was performed using ABAQUS software to simulate the experimental program carried out in the present study. It was found that there was good convergence between the experimental and ABAQUS results, where the highest difference in ultimate flexural capacity was less than 8% and 9.5% for the HOWSJs and the COWSJs, respectively. While the largest difference in deflection at the ultimate load did not exceed 10.72% for both groups. The differences in rotation deformation and lateral deflection of the HOWSJs were less than 9% and 6%, respectively.

روابط وملفات

التعريف والنوع

رقم الوثيقة

01167668-972c-4080-a4c1-8d8174fa53e8

رقم العقد

0

نوع الوسائط

Crawler

نوع المحتوى

الرسائل العلمية

صيغة المصدر

رسائل دكتوراة

نوع الملف

pdf text

أسماء الملفات

995369_1.pdf

بيانات النشر

ترجمة العنوان

سلوك القص والانحناء لعوارض الروافد الفولاذية الهجينة المصنعة الساندة لبلاطات خرسانية مسلحة بألياف

ألقاب المؤلفين

[{"name_ar":"جنان نعمة ياسر الموسوي","title_ar":"اعداد","title_en":"Preparation"},{"name_ar":"هيثم حسن متعب الدعمي","title_ar":"اشراف","title_en":"Supervision"}]

اللغة

English

المصدر والدورية

اسم المصدر

Shear and Flexural Behavior of Prefabricated Hybrid Steel Joist Girders Supporting FRC Slabs

المحتوى والصفحات

عدد الصفحات

0

ترجمة الملخص

تألف البرنامج التجريبي لهذه الدراسة من تصنيع واختبار مجموعتين من العينات، وتم اختبار جميع العينات تحت الحمل الساكن. تكونت المجموعة الأولى من عشرة روافد فولاذية هجينة مفتوحة الوترات، وكان لكل زوج من هذه المجموعة نفس المقطع العرضي، ودرست ثلاثة متغيرات لكل مقطع عرضي. وكان المتغير الأول هو شكل المقطع العرضي للرافدة، بينما كان المتغير الثاني هو نسبة الطول إلى العمق للروافد الفولاذية، وكان المتغير الثالث هو تأثير طول أعضاء الوترات الداخلية على الانحناء والانحناء الجانبي والالتواء للروافد. تكونت المجموعة الثانية من سبع عينات من الروافد الفولاذية المركبة ذات الوترات المفتوحة. تم اختبار ثلاث عينات ذات شكل مقطع عرضي مختلف لهذه الروافد المركبة لدراسة تأثير شكل المقطع العرضي للروافد الفولاذية المفتوحة الوترات على سلوك الروافد الفولاذية المركبة ذات الوترات المفتوحة. بينما كانت الأربع عينات الأخرى تمثل المقطع العرضي ذاته للروافد الفولاذية المفتوحة الوترات، ولكن في نفس الوقت تم فحص عدد من المتغيرات عند اختبار هذه العينات، وهذه المتغيرات كانت: العرض الفعال لسطح البلاطة الخرسانية، ونسبة الطول إلى العمق للروافد الفولاذية المفتوحة الوترات، وكذلك تأثير نوع البلاطة الخرسانية، حيث تم استخدام نوعين من الخرسانة في هذه الدراسة لصب البلاطة الخرسانية، وهما الخرسانة المسلحة بالألياف الفولاذية والخرسانة غير المسلحة بالألياف. في هذه الدراسة، تم استخدام نوع جديد من روابط المص، ولذلك تم إجراء اختبار الدفع لتحديد لويّة المص وصلابة موصلات المص المطمورة في كل من الخرسانة غير المسلحة بالألياف والخرسانة المسلحة بالألياف الفولاذية. تمت مقارنة النتائج التجريبية لمماومة المص لهذا النوع من مسمار المص مع بعض مدونات التصميم المعيارية، وأظهرت النتائج أنه يمكن استخدام هذه المعادلات لحساب مماومة المص لمسامير المص لكل من الخرسانة غير المسلحة بالألياف والخرسانة المسلحة بالألياف الفولاذية. أظهرت النتائج التجريبية للروافد الفولاذية المفتوحة الوترات أن نسبة الطول إلى العمق أثرت على سلوك تحلل الروافد، حيث عند زيادة هذه النسبة، كان التحسن في قدرة التحمل النهائية للعوارض المركبة ضئيلاً، حوالياً 18.81٪، وكانت هذه الزيادة طفيفة في حالة استخدام نفس المقطع للوترات الداخلية المائلة المستخدمة في الروافد الفولاذية ذات نسبة طول/عمق 581، وللروافد التي تمثل نسبة طول/عمق 386. ولكن عندما تم زيادة طول الأوتار الداخلية بحوالي 24.848٪ والذي أدى إلى انخفاض نسبة النحافة للوترات الداخلية المائلة، أصبحت الزيادة في قدرة التحمل النهائية حوالي 25.87٪، وانخفض الانحراف بنحو 11.83٪. وكان لشكل المقطع العرضي للروافد الفولاذية المفتوحة الوترات أيضًا تأثير كبير على سلوك الرافدة، حيث تم زيادة سعة التحمل المصوى بنسبة 7.84٪ و14.85٪ عند مقارنتها بالعينات التي تم تصنيعها بلحام الزوايا إما وجهاً لوجه بدون فجوة أو وجهاً لوجه مع فجوة، بينما كان مؤشر اللونة لعينات الروافد الفولاذية المفتوحة الوترات التي تم لحام مماط الزوايا الفولاذية للأوتار العلوية والسفلية للرافدة وجهاً لوجه مع فجوة بمدى 18.52 و18.35 مرة مؤشر اللونة للعينات التي تم لحام الزوايا فيها ظهر لظهر ووجهاً لوجه بدون فجوة على التوالي. أظهر البحث التجريبي والتحليل للالتواء الجانبي أن العينات التي كان لها مقطع عرضي وجهاً لوجه مع فجوة كانت أكثر ثباتًا ضد التشوهات الجانبية من المقطعين الآخرين، حيث نتج عنها دوران وانحراف جانبي أقل من العينات ذات المقطع العرضي التي تم لحام زوايا الوتر العلوي والسفلي من الخلف إلى الخلف بحوالي 25.81٪ و30.87٪ على التوالي. كما نتج عنها دوران وانحراف جانبي أقل من العينات ذات المقطع العرضي التي تم لحام زوايا الأوتار العلوية والسفلية فيها وجهاً لوجه بدون فجوة بحوالي 7.83٪ و11.82٪ على التوالي. فيما يتعلق بمجموعة الروافد المركبة ذات الوترات الفولاذية المفتوحة، أظهرت نتائج العمل التجريبي أن استخدام الخرسانة المسلحة بالألياف الفولاذية لصب بلاطة السمف أدى إلى تحسين صلابة الروافد الفولاذية المركبة ولونتها بالمقارنة مع استخدام البلاطة الخرسانية غير المسلحة بالألياف. من ناحية أخرى، فإن زيادة نسبة الطول/العمق للروافد الفولاذية المفتوحة الوترات لكلا النوعين من البلاطة الخرسانية تظهر انحرافات طبيعية للهطول بنسبة 31٪ أكبر من النسبة الأقل للطول/العمق، بينما يؤدي تقليل نسبة الطول/العمق إلى تحسين سعة الحمل القصوى بحدود 38.66٪ و48.31٪ لبلاطة ذات خرسانة غير مسلحة وبلاطة ذات خرسانة مسلحة بالألياف الفولاذية على التوالي. إن استخدام البلاطة الخرسانية في عينات الروافد المركبة ذات الوترات الفولاذية لأشكال المماطع العرضية الثلاث للروافد الفولاذية الهجينة المفتوحة الوترات المستخدمة في هذه الدراسة، أدى إلى تحسين قدرة التحمل المصوى، الصلابة، والمتانة، وكذلك تحسين استمرارية أعضاء الوترات الداخلية ضمن مرونة محسوبة مقارنة مع نتائج عينات الروافد الفولاذية المفتوحة الوترات. أخيرًا، تم إجراء تحليل العناصر المحددة باستخدام برنامج ABAQUS لمحاكاة البرنامج التجريبي الذي تم تنفيذه في هذه الدراسة. وجد أن هناك توافق جيد بين النتائج العملية ونتائج ABAQUS، حيث كان الفرق الأعلى في قدرة التحمل النهائية لا يتجاوز 8٪ و9.85٪ للروافد الفولاذية الهجينة المفتوحة الوترات والروافد المركبة ذات الوترات الفولاذية المفتوحة على التوالي، بينما لم يتجاوز الاختلاف الأكبر في انحراف الهطول عند الحمل القصوى 10.872٪ لكلا المجموعتين. وكانت الاختلافات في تشوه الدوران والانحراف الجانبي للروافد الفولاذية الهجينة المفتوحة الوترات أقل من 9٪ و6٪ على التوالي

كلمات الباحثين

Hybrid open web steel joists, Composite open web steel joists, Steel fiber reinforced concrete, Non-fibrous concrete, Shear connectors, Span to depth ratio, Cross-section shape, Ultimate load capacity, Stiffness, Ductility, Lateral-torsional buckling, Finite element analysis, ABAQUS

إشراف وإعداد

الإشراف

هيثم حسن متعب الدعمي

الإعداد

جنان نعمة ياسر الموسوي

الاقتباسات الببليوغرافية