Spavier, Patricia T.S.;Kataoka, Marcela N.;El Debs, Ana Lucia H.C.
Computers and Concrete
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v.28
no.5
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pp.497-506
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2021
Steel-concrete composite structures and precast concrete elements have a common prefabrication process and allow fast construction. The use of hollow-core slabs associated with composite floors can be advantageous. However, there are few studies on the subject, impeding the application of such systems. In this paper, a numerical model representing the considered system using the FE (finite element)-based software DIANA is developed. The results of an experimental test were also presented in Souza (2016) and were used to validate the model. Comparisons between the numerical and test results were performed in terms of the load versus displacement, load versus slip, and load versus strain curves, showing satisfactory agreement. In addition, a wide parametric study was performed, evaluating the influence of several parameters on the behaviour of the composite system: The strength of the steel beam, thickness of the web, thickness and width of the bottom flange of the steel beam and concrete cover thickness on top of the beam. The results indicated a great influence of the steel strength and the thickness of the bottom flange of the steel beam on the capacity of the composite floor. The remaining parameters had limited influences on the results.
Recently, a concern about hollow core precast concrete (PC) slab has been increased as a method to improve the construction ability by reducing the self weight of structures during the construction. Hollow core slab which is known as a typical PC slab in domestic construction of PC building has a problem to put shear reinforcements in the web of element during the production of element in the factory. With regard to this point, recently, tripple ribs slab (TRS) which can be said as a new type of half PC slab system was developed. In TRS, it is possible to place shear reinforcements in PC element during the production of the element in the factory. This paper presents the shear test result of TRS which was done by one point loading test under simple support condition. Test parameters are the presence of cast-in-place (CIP) concrete and the contribution of lattice bars. From the test, it was found that the TRS has sufficient shear capacity to resist the design load and its strength can be predicted by the code equations for general beam. It is recommended to ignore the strength of lattice bar in the calculation of shear strength during the construction since its contribution is too low to be considered when CIP is not casted.
This paper deals with the experimental analysis of the flexural behaviour of encased composite beams with hollow core slabs and channels. The shear force between steel beams and hollow core slabs are transferred by channels. Three full-scale specimens were constructed and tested with different steel beam heights, which were compared with those of previous studies. Based on observation of the experiments, the encased composite beams exhibited full shear connection behaviour without any other shear connectors due to their inherent mechanical and chemical bond stress. Experimental results show a behaviour similar to steel-concrete composite beams with classical connectors: elastic and yield domains, great ductility, flexural failure mode (plastic hinge), low relative movement at steel-concrete interface and all specimens failed in a very ductile manner. Consequently, this study enables the validation of the proposed connection device under static loading and shows that it meets modern structural requirements.
Lucas Mognon Santiago Prates;Felipe Piana Vendramell Ferreira;Alexandre Rossi;Carlos Humberto Martins
Steel and Composite Structures
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v.46
no.4
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pp.451-469
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2023
The use of precast hollow-core slabs (PCHCS) in civil construction has been increasing due to the speed of execution and reduction in the weight of flooring systems. However, in the literature there are no studies that present a finite element model (FEM) to predict the load-slip relationship behavior of pushout tests, considering headed stud shear connector and PCHCS placed at the upper flange of the downstand steel profile. Thus, the present paper aims to develop a FEM, which is based on tests to fill this gap. For this task, geometrical non-linear analyses are carried out in the ABAQUS software. The FEM is calibrated by sensitivity analyses, considering different types of analysis, the friction coefficient at the steel-concrete interface, as well as the constitutive model of the headed stud shear connector. Subsequently, a parametric study is performed to assess the influence of the number of connector lines, type of filling and height of the PCHCS. The results are compared with analytical models that predict the headed stud resistance. In total, 158 finite element models are processed. It was concluded that the dynamic implicit analysis (quasi-static) showed better convergence of the equilibrium trajectory when compared to the static analysis, such as arc-length method. The friction coefficient value of 0.5 was indicated to predict the load-slip relationship behavior of all models investigated. The headed stud shear connector rupture was verified for the constitutive model capable of representing the fracture in the stress-strain relationship. Regarding the number of connector lines, there was an average increase of 108% in the resistance of the structure for models with two lines of connectors compared to the use of only one. The type of filling of the hollow core slab that presented the best results was the partial filling. Finally, the greater the height of the PCHCS, the greater the resistance of the headed stud.
The concern about hollow core PC slab has been increased to improve the workability during a construction of building by reducing self weight of structural members. In this manner, recently, TRS (Tripple Ribs Slab) was developed as a new type of half PC slab system. TRS member consists of the triple webs and the bottom flange prestressed by strands. The slab system is completed by casting of topping concrete on the TRS after filling styrofoam between the webs. This paper, presents a flexural experiment to investigate the flexural capacity of the TRS. Five full scale TRS members were made and tested under simple support condition to be failed by flexure and their strength was evaluated by code equations; the variables in the test are the depth and the presence of topping or raised spot formed when slip-forming. In addition, a nonlinear sectional analysis was performed for the specimens and the result was compared with the test results. From the study, it was found that the TRS has enough flexural strength and ductility to resist the design loads and its strength can be suitably predicted by using code equations. The raised spot did not affect the strength so that the spot need not to be removed by doing additional work. For the more accurate prediction of TRS's flexural behavior by using nonlinear sectional analysis, it is recommended to consider the concrete's brittle property due to slip-forming process in the modeling.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.17
no.6
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pp.577-585
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2017
HPC method is developing to improve the constructability and structural performance of the existing PC method. The objective of this study is to develop construction procedures and to analysis of construction period for HPC method. In order to develop construction procedures, the building construction data of the existing half-slab method was analyzed. Analyzing design drawings and specifications of nine construction cases, a prototype of half-slab method, was drawn. Applying the core technology of HPC method to the drawn prototype of half-slab method, a prototype of HPC method, was developed. The differences of both methods were 'installing PC column' and 'placing topping concrete'. To analysis the differences of both methods, seven construction cases were analyzed. According to the analysis for HPC method, cases1 and 2 had columns divided for construction shortened about 16% of a construction period. The schedule of column assembly work was analyzed to be shortened much. That is judged to be because the use of a hollow PC column leads to a decrease in the number of columns. In particular, if HPC method is applied to a building construction site using large columns, it is analyzed to shorten a construction period more than the existing Half-slab method.
Kim, Sae-Young;Jeon, Bong-Min;Kim, Hyo-Youl;Oh, Sang-Gyun
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2006.11a
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pp.57-60
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2006
This study proposes the physical properties of the hardened lightweight cement using the polyethylene tube and to make the fundamental data regarding a new lightweight concrete development. The aerated concrete is displaying various effects such as lightweight, insulation characteristic and it is coming to be widely applied the slab layer of apartment as an insulating material but currently the aerated concrete has many problems. Therefore, demonstrating similar property of former aerated concrete and improving the defects, developing new hardened cement is needed. In this study, we predict adopting possibility of hollow core polyethylene tube, as a material to make cement hardening containing a lot of void. So we changed the mixing ratio, a diameter and length of the polyethylene tube and improved the compressive strength and unit capacity weight of the lightweight cement hardening body. From the test results, we judge that the aerated concrete is a developmental possibility.
With steel and concrete composite beams, the incomplete interaction between the steel and the concrete slab leads to an appreciable increase in beam deflections. Moreover, encased composite beams using a deep deck plate or hollow-core PC slabs are critical to deflection due to their inherent geometry. In this paper, by using the calculation tools that were developed for a previous study on the deflection of encased composite beams considering the slip effects and load-slip curve, the shear bond stress and additional deflection induced due to interface slip of the encased composite beam are presented. It was found that the slip effects significantly contribute to the encased composite beam deflections and result in stiffness reduction of up to 30% compared to that of full shear interaction beams. The predicted results were compared with the measurement of 18 specimens tested in this study, and comparisons show a high degree of accuracy, within 6%.
Multi-storey precast concrete skeletal structures are assembled from individual prefabricated components which are erected on-site using various types of connections. In the current design of these structures, beam-to-column connections are assumed to be pin jointed. Welded plate beam to-column connections have been used in the precast concrete industry for many years. They have many advantages over other jointing methods in component production, quality control, transportation and assembly. However, there is at present limited information concerning their detailed structural behaviour under bending and shear loadings. The experimental work has involved the determination of moment-rotation relationships for semi-rigid precast concrete connections in full scale connection tests. The study reported in this paper was undertaken to clarify the behaviour of such connections under symmetrical vertical loadings. A series of full-scale tests was performed on sample column for which the column geometry and weld arrangements conformed with successful commercial practice. Proprietary hollow core slabs were tied to the beams by tensile reinforcing bars, which also provide the in-plane continuity across the connections. The strength of the connections in the double sided tests was at least 0.84 times the predicted moment of resistance of the composite beam and slab. The secant stiffness of the connections ranged from 0.7 to 3.9 times the flexural stiffness of the attached beam. When the connections were tested without the floor slabs and tie steel, the reduced strength and stiffness were approximately a third and half respectively. This remarkable contribution of the floor strength and stiffness to the flexural capacity of the joint is currently neglected in the design process for precast concrete frames. In general, the double sided connections were found to be more suited to a semi-rigid design approach than the single sided ones. The behaviour of double sided welded plate connection test results are presented in this paper. The behaviour of single sided welded plate connection test results is the subject of another paper.
Precast concrete structures are erected from individual prefabricated components, which are assembled on-site using different types of connections. In the present design of these structures, beam-to-column connections are assumed pin jointed. Bolted billet beam to-column connections have been used in the precast concrete industry for many years. They have many advantages over other jointing methods in component production, quality control, transportation and assembly. However, there is currently limited information concerning their detailed structural behaviour under vertical loadings. The experimental work has involved the determination of moment-relative rotation relationships for semi-rigid precast concrete connections in full-scale connection tests. The study reported in this paper was undertaken to clarify the behaviour of such connections under symmetrical vertical loadings. A series of full-scale tests was performed on sample column for which the column geometry and bolt arrangements conformed to successful commercial practice. Proprietary hollow core floor slabs were tied to the beams by 2T25 tensile reinforcing bars, which also provide the in-plane continuity across the connections. The contribution of the floor strength and stiffness to the flexural capacity of the joint is currently neglected in the design process for precast concrete frames. The flexural strength of the connections in the double-sided tests was at least 0.93 times the predicted moment of resistance of the composite beam and slab. The secant stiffness of the connections ranged from 0.94 to 1.94 times the flexural stiffness of the attached beam. In general, the double-sided connections were found to be more suited to a semi-rigid design approach than the single sided ones. The behaviour of double sided bolted billet connection test results are presented in this paper. The behaviour of single sided bolted billet connection test results is the subject of another paper.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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