This paper reports experimental investigation on shear behavior of steel reinforced concrete (SRC) shallow floor beam, where the steel shape is embedded in concrete and the high strength bolts are used to transfer the shear force along the interface between the steel shape and concrete. Six specimens were conducted aiming to provide information on shear performance and explore the shear bearing capacity of SRC shallow floor beams. The effects of the height of concrete slab, the size and the type of the steel section on shear performance of beams were also analyzed in the test. Based on the strut-and-tie model, the shear strength of the SRC shallow floor beam was proposed. Experimental results showed that composite shallow floor beam exhibited satisfactory composite behavior and all of the specimen failed in shear failure. The shear bearing capacity increased with the increasing of height of concrete slab and the size of steel shape, and the bearing capacities of beam specimens with castellated steel shape was slightly lower than those of specimens with H-shaped steel section. Furthermore, the calculations for evaluating the shear bearing capacity of SRC shallow floor beam were verified to be reasonable.
This paper presents an investigation of the thermal performance of composite floor slabs with profiled steel decking exposed to fire effects from floor. A detailed finite-element model has been developed by representing the concrete slab with steel decking under of it and steel beam both steel parts protected by intumescent coating. Although this type of floor systems offers a better fire resistance, passive fire protection materials should be applied when a higher fire resistance is desired. Moreover, fire exposed side is so crucial for composite slab systems as the total fire behaviour of the floor system changes dramatically. When the fire attack from steel parts, the temperature rises rapidly resulting in a sudden decrease on the strength of the beam and decking. Herein this paper, the fire attack side is assumed from the face of the concrete floor (top of the concrete assembly). Therefore, the heat is transferred through concrete to the steel decking and reaching finally to the steel beam both protected by intumescent coating. In this work, the numerical model has been established to predict the heat transfer performance including material properties such as thermal conductivity, specific heat and dry film thickness of intumescent coating. The developed numerical model has been divided into different layers to understand the sensitivity of steel temperature to the number of layers of intumescent coating. Results show that the protected composite floors offer a higher fire resistance as the temperature of the steel section remains below 60℃ even after 60-minute Standard (ISO) fire and Fast fire exposure. Obtaining lower temperatures in steel due to the great fire performance of the concrete itself results in lesser reductions of strength and stiffness hence, lesser deflections.
Steel frames are increasingly used in commercial buildings. and most steel frames are designed to achieve composite action with the concrete floor slab. The advantages of 'composite construction' are now well understood in terms of structural economy. good performance in service. and ease of construction. But. these conventional composite construction system are difficult to apply steel framed apartment due to their large depth. So. in this study we developed Semi Slim Floor system which could reduce the overall depth of composite beam. Semi Slim Floor system is a method of steel frame multi-story building construction in which the structural depth of each floor is minimised by incorporating the steel floor beams within the depth of the concrete floor slab. Twelve composite slab specimens with different deck-type. slab width. with or without stud bault and concrete topping thickness were tested to evaluate the flexural capacity.
The advantages of composite construction are now well understood in terms of structural economy, good performance in service, and ease of construction. However, these conventional composite construction systems have some problems in application to steel framed buildings due to their large depth. So, in this study we executed an experimental test with the "Slim Floor"system which could reduce the overall depth of composite beam. Slim Floor system is a method of steel frame multi-story building construction in which the structural depth of each floor is minimized by incorporating the steel floor beams within the depth of the concrete floor slab. Presented herein is an experimental study that focuses on the flexural behaviour of the partially connected slim floor system with asymmetric steel beams encased in composite concrete slabs. Eight full-scale specimens were constructed and tested in this study with different steel beam height, slab width, with or without shear connection and concrete topping thickness. Observations from experiments indicated that the degree of shear connection without additional shear connection was $0.53{\sim}0.95$ times that of the full shear connection due to inherent mechnical and chemical bond stress.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2017.05a
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pp.56-57
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2017
In recent years, new construction methods have been required to reduce the construction cost and increase the available area in an environment where construction work is frequently performed in a narrow urban area like Korea. As a result of these studies, slim floor composite beam has been suggested. Slim floor composite beam can reduce required depth because web of steel beam is embedded in the slab, so it is effective to reduce floor height and increase the available area. The purpose of this study is the floor height reduction evaluation by comparing system consisting of reinforced concrete, steel, and slim floor using square-shape steel pipe. After doing structural design for a typical plan, checked effectiveness by comparing each design plan. It is proven that slim floor composite beam can reduce required depth effectively comparing required materials of other system.
A new type of moment-resisting bolted connection was developed for use in composite steel- concrete construction to connect composite open section steel beams to concrete filled steel square tubular columns. The connection was made possible using anchored blind bolts along with two through bolts. It was designed to act compositely with the in-situ reinforced concrete slab to achieve an enhanced stiffness and strength. The developed connection was incorporated in the design of a medium rise (five storey) commercial building which was located in low to medium seismicity regions. The lateral load resisting system for the design building consisted of moment resisting frames in two directions. A major full scale test on a sub-assembly of a perimeter moment-resisting frame of the model building was conducted to study the system behaviour incorporating the proposed connection. The behaviour of the proposed connection and its interaction with the floor slab under cyclic loading representing the earthquake events with return periods of 500 years and 2500 years was investigated. The proposed connection was categorized as semi rigid for unbraced frames based on the classification method presented in Eurocode 3. Furthermore, the proposed connection, composite with the floor slab, successfully provided adequate lateral load resistance for the model building.
Human-induced vibration could present a serious serviceability problem for large-span and/or lightweight floors using the high-strength material. This paper presents the results of heel-drop, jumping, and walking tests on a large-span composite steel rebar truss-reinforced concrete (CSBTRC) floor. The effects of human activities on the floor vibration behavior were investigated considering the parameters of peak acceleration, root-mean-square acceleration, maximum transient vibration value (MTVV), fundamental frequency, and damping ratio. The measured field test data were validated with the finite element and theoretical analysis results. A comprehensive comparison between the test results and current design codes was carried out. Based on the classical plate theory, a rational and simplified formula for determining the fundamental frequency for the CSBTRC floor is derived. Secondly, appropriate coefficients (βrp) correlating the MTVV with peak acceleration are suggested for heel-drop, jumping, and walking excitations. Lastly, the linear oscillator model (LOM) is adopted to establish the governing equations for the human-structure interaction (HSI). The dynamic characteristics of the LOM (sprung mass, equivalent stiffness, and equivalent damping ratio) are determined by comparing the theoretical and experimental acceleration responses. The HSI effect will increase the acceleration response.
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.
A genetic algorithm-based minimum weight design method is presented for steel frames containing composite beams, semi-rigid connections and column bases. Genetic Algorithms carry out optimum steel frames by selecting suitable profile sections from a specified list including 128 W sections taken from American Institute of Steel Construction (AISC). The displacement and stress constraints obeying AISC Allowable Stress Design (ASD) specification and geometric (size) constraints are incorporated in the optimization process. Optimum designs of three different plane frames with semi-rigid beam-to-column and column-to-base plate connections are carried out first without considering concrete slab effects on floor beams in finite element analyses. The same optimization procedures are then repeated for the case of frames with composite beams. A program is coded in MATLAB for all optimization procedures. Results obtained from the examples show the applicability and robustness of the method. Moreover, it is proved that consideration of the contribution of concrete on the behavior of the floor beams enables a lighter and more economical design for steel frames with semi-rigid connections and column bases.
Kataoka, Marcela N.;Friedrich, Juliana T.;El Debs, Ana Lucia H.C.
Steel and Composite Structures
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v.23
no.3
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pp.351-362
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2017
This paper presents an experimental study on the behavior of composite floor slab comprised by a new steel sheet and concrete slab. The strength of composite slabs depends mainly on the strength of the connection between the steel sheet and concrete, which is denoted by longitudinal shear strength. The composite slabs have three main failures modes, failure by bending, vertical shear failure and longitudinal shear failure. These modes are based on the load versus deflection curves that are obtained in bending tests. The longitudinal shear failure is brittle due to the mechanical connection was not capable of transferring the shear force until the failure by bending occurs. The vertical shear failure is observed in slabs with short span, large heights and high concentrated loads subjected near the supports. In order to analyze the behavior of the composite slab with a new steel sheet, six bending tests were undertaken aiming to provide information on their longitudinal shear strength, and to assess the failure mechanisms of the proposed connections. Two groups of slabs were tested, one with 3000 mm in length and other with 1500 mm in length. The tested composite slabs showed satisfactory composite behavior and longitudinal shear resistance, as good as well, the analysis confirmed that the developed sheet is suitable for use in composite structures without damage to the global behavior.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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