Profiled composite slab has been widely used in civil engineering due to its structural merits. The extension of this concept to the bearing wall forms the profiled composite wall, which consists of two external profiled steel plates and infill concrete. This paper investigates the structural behavior of this type of wall under axial compression. A series of compression tests on profiled composite walls consisting of varied types of profiled steel plate and edge confinement have been carried out. The test results are evaluated in terms of failure modes, load-axial displacement curves, strength index, ductility ratio, and load-strain response. It is found that the type of profiled steel plate has influence on the axial capacity and strength index, while edge confinement affects the failure mode and ductility. The test data are compared with the predictions by modern codes such as AISC 360, BS EN 1994-1-1, and CECS 159. It shows that BS EN 1994-1-1 and CECS 159 significantly overestimate the actual compressive capacity of profiled composite walls, while AISC 360 offers reasonable predictions. A method is then proposed, which takes into account the local buckling of profiled steel plates and the reduction in the concrete resistance due to profiling. The predictions show good correlation with the test results.
A new-styrofoam-concrete composite sandwich slab with function of heat insulation is designed. Four full-scale simply supported composite sandwich slabs with different shear connectors are tested. Parameters under study are the thickness of the concrete, the height of profiled steel sheeting, the influence of shear connectors including the steel bars and self-drilling screws. Experimental results showing that four specimens mainly failed in bending failure mode; the shear connectors can limit the longitudinal slippery between the steel profiled sheeting and the concrete effectively and thus guarantee the good composite action and cooperative behavior of two materials. The ultimate sagging bending resistance can be determined based on plastic theory. This new composite sandwich slab has high sagging bending resistance and good ductility. Additionally, these test results help the design and application of this new type of composite sandwich slab.
Steel-concrete composite walls have been proposed and developed for applications in various types of structures. The double-skin profiled composite walls, as a natural development of composite flooring, provide structural and architectural merits. However, adequate intermediate fasteners between profiled steel plates and concrete core are required to fully mobilize the composite action and to improve the structural behavior of the wall. In this research, two new types of fasteners (i.e., threaded rods and vertical plates) were proposed and three specimens with different fastener types or fastener arrangements were tested under axial compression. The experimental results were evaluated in terms of failure modes, axial load versus axial displacement response, strength index, ductility index, and load-strain relationship. It was found that specimen with symmetrically arranged thread rods sustained more stable axial strain than that with staggered arranged threaded rods. Meanwhile, vertical plates are more suitable for practical use since they provide stronger confinement to profiled steel plate and effectively prevent the steel plate from early local buckling, which eventually enhance the composite action and increase the axial compressive capacity of the wall. The calculation methods were then proposed and good agreement was observed between the test results and the predicted results.
본 논문에서는 냉간성형 profiled steel sheeting과 보통강도의 콘크리트로 이루어진 합성보의 휨거동에 관한 연구를 통하여 새로운 형식의 보부재의 사용가능성을 검토하였다. 합성보의 비선형거동을 추적하기 위하여 profiled steel sheeting, 철근 및 콘크리트의 재료비선형을 포함할 수 있는 해석적 방법을 개발하였으며, 합성보의 비선형 모멘트-곡률 관계를 나타낼 수 있는 Power Model식을 제시하였다. Power Model은 원래 보-기둥 접합부의 모멘트-회전각과의 관계를 예측하기 위해 제안된 것이나 합성보에 맞게 수정하였다. 합성보의 하중-처짐 거동은 Power Model에 의한 모멘트-곡률 관계를 이용하여 변위조절법인 단계별 수치적분법을 적용하여 계산하였으며, 실험결과와 비교하였다.
In this study, specimens were made with profile thicknesses and shear reinforcement as parameters. The bending and shear behavior were checked, and comparative analysis was conducted of the results and the theoretical values in order to see the applicability of T-section Modular Composite Profiled Beams (TMPB). In TMPB, the profiles of formwork functions play a structural role resisting the load. Also, the module concept, which is introduced into TMPB, has advantages: it can be mass-produced in a factory, it is lighter than an existing H-beam, it can be fabricated on the spot, and its section size is freely adjustable. The T1 specimens exhibited ductile behavior, where the whole section displayed strain corresponding to yielding strain at least without separation between modules. They also exhibited maximum strength similar to the theoretical values even if shear reinforcement was not applied, due to the marginal difference between shear strength and maximum bending monment of the concrete section. A slip between modules was incurred by shear failure of the bolts in all specimens, excluding the T1 specimen, and therefore bending moment could not be fully displayed.
Double skin composite element (DSCE) is a novel form of construction comprising two skins of profiled steel sheeting with an infill of concrete. DSCEs are thought to be applicable as shear or core walls in a building where they can resist in-plane loads. In this paper, the behaviour of DSCE subjected to combined bending and shear deformation is described. Small-scale model tests on DSCEs manufactured from micro-concrete and very thin sheeting were conducted to investigate the flexural and shear behaviour along with analytical analysis. The model tests provided information on the strength, stiffness, strain conditions and failure modes of DSCEs. Detailed development of analytical models for strength and stiffness and their performance validation by model tests are presented.
This study presents an innovative AI-driven approach to assess the ultimate axial load in Double-Skinned Profiled Steel sheet Composite Walls (DPSCWs). Utilizing a dataset of 80 entries, seven input parameters were employed, and various AI techniques, including Linear Regression, Polynomial Regression, Support Vector Regression, Decision Tree Regression, Decision Tree with AdaBoost Regression, Random Forest Regression, Gradient Boost Regression Tree, Elastic Net Regression, Ridge Regression, and LASSO Regression, were evaluated. Decision Tree Regression and Random Forest Regression emerged as the most accurate models. The top three performing models were integrated into a hybrid approach, excelling in accurately estimating DPSCWs' ultimate axial load. This adaptable hybrid model outperforms traditional methods, reducing errors in complex scenarios. The validated Artificial Neural Network (ANN) model showcases less than 1% error, enhancing reliability. Correlation analysis highlights robust predictions, emphasizing the importance of steel sheet thickness. The study contributes insights for predicting DPSCW strength in civil engineering, suggesting optimization and database expansion. The research advances precise load capacity estimation, empowering engineers to enhance construction safety and explore further machine learning applications in structural engineering.
The subject of the ongoing research work is to analyze the composite action of the structural elements of composite slabs with profiled steel decking by experimental and numerical studies. The mechanical and frictional interlocks result in a complex behaviour and failure under horizontal shear action. This is why the design characteristics can be determined only by standardized experiments. The aim of the current research is to develop a computational method which can predict the behaviour of embossed mechanical bond under shear actions, in order to derive the design characteristics of composite slabs with profiled steel decking. In the first phase of the research a novel experimental analysis is completed on an individual concrete encased embossment of steel strip under shear action. The experimental behaviour modes and failure mechanisms are determined. In parallel with the tests a finite element model is developed to follow the ultimate behaviour of this type of embossment, assuming that the phenomenon is governed by the failure of the steel part. The model is verified and applied to analyse the effect of embossment's parameters on the behaviour. In the extended investigation different friction coefficients, plate thicknesses, heights and the size effects are studied. On the basis of the results the tendencies of the ultimate behaviour and resistance by the studied embossment's characteristics are concluded.
The purpose of this study is to investigate the seismic performance of reinforced concrete (RC) frames strengthened by profiled steel sheet bracing which takes the influence of infill walls into consideration. One-bay, two-story, 1/3 scale two specimens shared same feature of dimensions, one specimen consists only beams and columns; the other one is reinforced by profiled steel sheet bracing with infill walls. Hysteretic curves, envelope curves, stiffness degradation curves and energy dissipation capacities are presented based on test data. Test results indicate that the ultimate load of strengthened specimen has been improved by 225%. The stiffness of reinforced by profiled steel sheet bracing has been increased by 108%. This demonstrates that infill walls and profiled steel sheet bracing enhanced the strength and stiffness distinctly. Energy dissipation has an obvious increase after 12 cycles. This shows that the reinforced specimen is able to bear the lateral load effectively and absorb lots of seismic energy.
기존의 층고절감형 합성보 시스템은 철골보의 웨브면에 바닥판을 삽입하여 시공하기 때문에 상대적으로 기존 합성보 형식과 비교하여 층고를 대폭적으로 줄일 수 있지만, 적용되는 철골보 춤이 제한되기 때문에 적용 가능한 스팬이 한정되어 있어 여러 가지 다양한 건축구조의 수요에 능동적으로 대처하기가 어려운 단점이 있다. 따라서, 본 연구에서는 기존의 층고절감형 합성보의 단점을 해결하기 위하여 합성보의 춤을 자유로이 조절할 수 있는 층고절감형 매입형 합성보를 개발하였다. 본 연구는 콘크리트에 매입된 강팡성형 철골보를 가지는 불완전 합성보의 휨거동에 관한 것이다. 총 5개의 실대형 실험체를 전단연결재 및 보강근의 사용유무, 슬래브 형식을 주요변수로 하여 실험을 수행하였다. 실험결과, 별도의 전단연결재를 설치하지 않은 실험체는 자체가 가지고 있는 기계적 화학적 부착응력으로 인해 $0.20{\sim}0.76N/mm^2$의 부착응력을 나타내었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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