In this study, a bending test with three encased composite beams were carried out and analyzed using FEM in order to find how chemical adhesion, interface interlock, friction and composite action by shear studs contribute to stiffness, strength and composite action in the interface of encased compo site beams. The test and results of the FEM analysis showed that the difference in the ultimate moment capacity of the composite beams with and without studs is under 10%. The reason is that the effect of chemical adhesion, interface interlock, and friction in the interface on the composite action is so high that the encased beams have a moment capacity above some defined magnitude. Also, the increment of moment capacity up to plastic moment is not large and the increase of linearly proportioned.
The paper presents a numerical investigation, done with the computer program SAFIR, in order to obtain simpler finite element models for representing the behaviour of the partially protected composite steel concrete slabs in fire situations, considering the membrane action. Appropriate understanding and modelling of the particular behaviour of composite slabs allows a safe approach, but also substantial savings on the thermal insulation that has to be applied on the underlying steel structure. The influence of some critical parameters on the behaviour and fire resistance of composite slabs such as the amount of reinforcing steel, the thickness of the slab and the edge conditions is also highlighted. The results of the numerical analyses are compared with the results of three full scale fire tests on composite slabs that have been performed in recent years.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2001.05a
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pp.385-390
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2001
This paper presents a nonlinear analysis technique with slip, the effects of slip modulus and composite action by shear connector on behavior and capacity in composite structure of sandwich system. As a results of this study, it proved that the slip modulus, in case of shear behavior, seldom influence load-resistance capacity such as yield and ultimate load, but in case of flexural behavior, it appropriately influence load-resistance capacity because of stress redistribution by slip. In case of flexural behavior, analysis result for perfect-composite results in over-estimation and perfect-slip results in under-estimation on behavior and capacity. Therefore, it is desirable to model steel-concrete interface with partial-composite. The effects of slip on behavior and capacity are less in case of positive composite than loosely composite, and it proved that composite action by shear connector improve the load-resistance capacity of this system.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.14
no.8
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pp.4048-4057
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2013
In the composite beam subjected to the hogging moment it is very difficult to evaluate the influence of the reduction of slab stiffness due to cracks and their development on the horizontal shear behavior of shear connection. In this study, a 3D FE model is developed by which one can analyze the composite action in the composite beam subjected to the hogging moment. In this FE model, each structural member and shear connection are modeled as similar as possible to details of the composite beam. Bending behaviour, and composite action which could not be analyzed using the existing 1D or 2D FE model are investigated by the 3D model. Analysis results show that the reinforcement ratio and crack behaviour of the slab are main factors which exert a strong influence on the composite action. According to the analysis results about load-slip behavior, initial crack of slab and yielding of rebars have a influence on the slip stiffness of shear connection. The existing experimental results, that the design of partial interaction can be more efficient in designing of shear connection of the composite beams, are indirectly verified by the FE analysis.
The problem addressed in this study is how to analytically treat the partial composite action for wall panels. An equation, derived for wood-joist floor systems, which determines deflections for beams with partial composite action is introduced. The equation is applied to the calculation of the mid-span deflection for gypsum-sheathed, cold-formed steel was stud panels. The objective of this study is to properly reflect the influence of the following factors in the calculation of mid-span deflection for the panel: connection slip, local buckling, perforations in the stud web, and effects from joints in the sheathing. Predicted deflections based on an upper bound for connection rigidity were closest to experimental deflections.
An understanding of the mechanism of concrete girders repaired with CFRP plates and its influence on the dynamic parameters is presented in this paper. Dynamic parameters are governed by the relationship with the physical properties of concrete girders and CFRP plates as well as the adhesive layer between them. A brief explanation of the mechanism of the composite action of concrete girders repaired with CFRP is also given in this paper. Experimental work was carried out to validate the theory of the composite action. The results show a decrease in the modal parameters of CFRP repaired girders that were turned over during the repair procedure, which contrasts with the proven static-based results that CFRP plates increase the stiffness of repaired girders. The composite action theory has explained the results based on the tension and compression forces' growth at the adhesive layer between the CFRP plates and girder surface during the repair procedure. Other girders were prepared and repaired without turning over in order to avoid tension and compression forces at the adhesive layer. The experimental results show an increase in the dynamic parameters of CFRP repaired girders that were not turned over during the repair procedure, which aligns with the static-based results. The study concludes that the dynamic parameters are excellent indicators for the assessment of CFRP repaired concrete girders. The study also suggests that researchers should not turn over damaged concrete girders to repair them with CFRP plates if they intend to study the dynamic parameters, in order to avoid the proposed composite action effect on modal parameters.
Composite flooring systems consisting of cold-formed steel joists and reinforced concrete slabs offer an efficient, lightweight solution. However, utilisation of composite action to achieve enhanced strength and economical design has been limited. In this study, finite element modelling was utilised to create a three-dimensional model which was then validated against experimental results for a composite flooring system consisting of cold-formed steel joists, reinforced concrete slab and steel bolt shear connectors. This validated numerical model was then utilised to perform parametric studies on the performance of the structural system. The results from the parametric study demonstrate that increased thickness of the concrete slab and increased thickness of the cold formed steel beam resulted in higher moment capacity and stiffness of the composite flooring system. In addition, reducing the spacing of bolts and spacing of the cold formed steel beams both resulted in enhanced load capacity of the composite system. Increasing the concrete grade was also found to increase the moment capacity of the composite flooring system. Overall, the results show that an efficient, lightweight composite flooring system can be achieved and optimised by selecting suitable concrete slab thickness, cold formed beam thickness, bolt spacing, cold formed beam spacing and concrete grade.
The increasing use of performance-based approaches in structural fire engineering design of multi-storey composite buildings has prompted the development of various tools to help quantify the influence of tensile membrane action in composite slabs at elevated temperatures. One simplified method which has emerged is the Bailey-BRE membrane action method. This method predicts slab capacities in fire by analysing rectangular slab panels supported on edges which resist vertical deflection. The task of providing the necessary vertical support, in practice, requires protecting a panel's perimeter beams to achieve temperatures of no more than $620^{\circ}C$ at the required fire resistance time. Hence, the integrity of this support becomes critical as the slab and the attached beams deflect, and large deflections of the perimeter beams may lead to a catastrophic failure of the structure. This paper presents a finite element investigation into the effects of vertical support along slab panel boundaries on the slab behaviour in fire. It examines the development of the membrane mechanism for various degrees of edge-beam protection, and makes comparisons with predictions of the membrane action design method and various acceptance criteria.
The composite actions of truss beams and floor slabs are not reflected on the design of the truss beam in domestic practice. In this research, basic experiments were conducted on a composite truss with the top and bottom chord members consisting of the H-shaped members. The tests were performed to evaluate the mechanical behaviors of the composite truss on the effects with the shear studs and without them. The specimens consisted of the steel truss and non-composite and composite trusses, and one-point-concentrated loading at the center and equivalent loading were monotonically applied. The composite effects were experimentally identified in the composite trusses using the shear stud connectors.
In a nonlinear finite element study on the mechanical behavior of simple beam connections to continuous concrete-filled steel tube columns, two principally different connection types were analyzed: one with plates attached to the outside of the tube wall, relying on shear transfer, and one with an extended plate inserted through the steel section to ensure bearing on the concrete core. The load was applied partly at the connection within the column length and partly at the top, representing the load from upper stories of a multistory building. The primary focus was on the increased demand for load transfer to ensure composite action when concrete with higher compressive strength is used. The results obtained from the analyses showed that the design bond strength derived from push tests is very conservative, mainly due to the high frictional shear resistance offered by pinching and contraction effects caused by connection rotation. However, with higher concrete strength the demand for load transfer increases, and is hard to fulfill for higher loads when connections are attached only to the steel section. Instead, the connection should penetrate into the concrete core to distribute load to the concrete by direct bearing.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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