Demountable shear connections with bolts and welded headed studs in steel-concrete composite structures
Demontažni smičući spojevi ostvareni zavrtnjevima i moždanicima sa glavom kod spregnutih konstrukcija od čelika i betona
Докторанд
Jakovljević, IsidoraМентор
Marković, ZlatkoЧланови комисије
Spremić, MilanBuđevac, Dragan
Veljković, Milan
Lučić, Duško
Метаподаци
Приказ свих података о дисертацијиСажетак
The reuse of constructional elements or entire structures is an important approach in the construction
industry that follows the concept of sustainable development. Steel-concrete composite structures
enable the efficient use of material and savings in material consumption. However, widespread steel-
concrete composite beams with welded headed stud shear connectors do not have the demountability
feature and therefore cannot be entirely reused. In the past few decades, much research in the field of
steel-concrete composite structures has been focused on the development and investigations of
demountable floor systems. A further contribution to that field is provided in this thesis. A novel
demountable shear connection with bolts and welded headed studs is proposed. The suggested
connection is applicable in composite concrete slabs cast in open trough profiled steel sheeting.
Welded headed studs are installed in sheeting ribs, whereas bolts are placed between ribs.
Implementation of the a...dditional plate or angles between the beam flange and the concrete slab is
required. During the building deconstruction, bolts are removed and the composite concrete slab is
easily separated from the steel beam with the possibility of being installed again. Destruction methods
are avoided and the entire floor structure including concrete slabs and steel beams may be reused in
another location in the same configuration as during the first life cycle.
The aim of the study is to promote the novel demountable connection with welded headed studs and
bolts. The objectives of the research are to describe the demountable connection response to the shear
load at the point of resistance and ductility, to identify failure mechanisms and propose instructions
for the design. The developed demountable connection is examined by static push-out tests,
conducting experimental and numerical investigations. The experimental work covers 20 push-out
test specimens divided into eight series. Different configurations of the demountable steel-concrete
connections are experimentally investigated: connections with continuous and discontinuous slabs
over the supporting beam, connections with and without stirrup reinforcement around headed studs,
connections with the angle between profiled sheeting ribs and the beam of 45°, 60° and 90°. The
resistance, ductility and stiffness of demountable connections are compared with corresponding non-
demountable connections with welded headed studs. According to the experimental research, the
appropriate numerical finite element models are developed and used for a detailed analysis of the
connection response and further parametric studies. A range of parameters that might influence the
connection response is covered by parametric studies, including the headed stud diameter and height,
bolt grade and diameter, concrete class, plate and angle thickness, the distance between the headed
stud and slab edge, stirrup reinforcement diameter and position, the angle between sheeting ribs and
the beam. The key influential parameters are identified and their effects on the connection
performance are quantified. According to the wide set of the obtained data, conclusions regarding the
connection response are drawn. Design recommendations for demountable shear connections with
bolts and welded headed studs are proposed.
Принцип поновне употребе конструктивних елемената или целе конструкције у
грађевинарству у складу је са концептом одрживог развоја. Спрегнуте конструкције од челика
и бетона омогућавају ефикасну употребу материјала и уштеде у потрошњи. Међутим,
спрегнуте греде од челика и бетона са завареним можданицима са главом које су у широкој
примени, нису демонтажне и не могу се поново употребити. У претходних неколико деценија,
многа истраживања у области спрегнутих конструкција бавила су се развојем и испитивањем
демонтажних међуспратних конструкција. Допринос наведеној области дат је кроз ову
дисертацију. Предложен је нови демонтажни смичући спој са завртњевима и можданицима са
главом, као решење применљиво у спрегнутим плочама са трапезним профилисаним лимом.
Постављање можданика предвиђено је у ребрима профилисаног лима, док се завртњеви
постављају између, у превојима лима. Неопходна је примена додатног челичног лима или
угаоника на контакту између ножице челичне греде и бетонске плоче. Токо...м демонтаже,
завртњеви се уклањају и спрегнута плоча се једноставно раздваја од челичног профила, уз
могућност поновног коришћења. На овај начин, деструктивне методе су избегнуте и
комплетна међуспратна контрукција се може поново употребити на другој локацији у истом
облику као приликом првог животног циклуса.
Циљ научног истраживања је реализација иновативног демонтажног смичућег споја са
можданицима са главом и завртњевима. Циљ је описати понашање демонтажног споја при
дејству смичућег оптерећења у погледу носивости и деформабилности, идентификовати
механизме лома и дати прорачунске препоруке. Демонтажни смичући спој је испитиван путем
тестова смицања применом експерименталних и нумеричких метода. Експериментално
испитивање обухвата 20 тестова смицања подељених у осам серија. Испитиване су различите
конфигурације демонтажног споја: спојеви са континуалном и дисконтинуалном плочом изнад
ослоначке греде, спојеви са и без узенгија постављених око можданика, спојеви са угловима
између ребара профилисаног лима и осе носача од 45°, 60° и 90°. Носивост, дуктилност и
крутост демонтажних спојева упоређене су са одговарајућим стандардним спојевима са
завареним можданицима са главом. На основу експерименталних резултата, формирани су
одговарајући нумерички модели, који су потом коришћени за детаљну анализу понашања
споја и даљу параметарску анализу. Параметарском анализом обухваћени су различити
параметри који би могли утицати на понашање споја, укључујући: пречник и висину
можданика, пречник и класу чврстоће завртња, класу бетона, дебљину лима и угаоника,
растојање између можданика и ивице бетонске плоче, пречник и позицију узенгија, угао
између ребара профилисаног лима и осе носача. Идентификовани су кључни утицајни
параметри и њихов ефекат је квантификован. На основу широког скупа добијених резултата,
донети су закључци по питању понашања смичућег споја. Такође, дате су препоруке за
пројекотовање демонтажног споја са завртњевима и можданицима са главом.