Nosivost zavrtnjeva kao sredstva za sprezanje u prefabrikovanim spregnutim konstrukcijama od čelika i betona

Abstract

Применом префабрикованих бетонских плоча време изградње спрегнутих носача мостова или у зградарству се значајно смањује. Уколико се као средства за спрезање користе заврњеви убетонирани у префабриковану бетонску плочу, могуће је постићи већи степен префабрикације у поређењу са решењем са груписаним можданицима са главом и отворима у бетонским плочама. Такође, завртњеви као средства за спрезање нуде несумњиву предност по питању утицаја конструкције на животну околину, тиме што омогућују лако уклањање конструкције или замене њених делова. Ипак, завртњеви се ретко користе као средства за спрезање, углавном због недостатка потребних истраживања и правила за пројектовање. Циљ истраживања приказаног у овој докторској дисертацији је омогућавање шире употребе завртњева као средства за спрезање кроз детаљну анализу њиховог понашања. Прво је анализирана оправданост примене завртњева као средства за спрезање у подужном смичућем споју спрегнутих конструкција, узимајући у обзир техничке захтеве, анализу исплативости и утицај на животну околину. Завртњеви са једном убетонираном навртком су се показали као најпогоднији за практичну примену. Пример упоредног прорачуна спрегнутог носача распона дванаест метара, са завртњевима и можданицима као средствима за спрезање показао је да услед непотпуне интеракције (услед почетног клизања завртња у рупи) у случају спрезања помоћу завртњева долази до увећања угиба носача и напона у челичној греди (10-20%). Овакво понашање се сматра прихватљивим, поготово ако се током градње примене привремени ослонци и надвишење челичног носача. Даља детаљна анализа понашања звртњева као средства за спрезање извршена је поређењем са завареним мождницима са главом у тесту смицања (push-out test). Експерименти су вршени користећи завртњеве M16 i M24 (класа 8.8). Поређене су основне карактеристике средства за спрезање: носивост на смицање, крутост на смицање и дуктилност. Завртњеви су достигли скоро једнаку носивост као и можданици са главом док су крутост и дуктилност редуковане. Напредни модели на бази методе коначних елемената су направљени да одговарају тесту смицања и калибрисани користећи експерименталне резултате. Коришћена је квази-статичка анализа применом експлицитног динамичког солвера софтверског пакета Abaqus...

Prefabrication of concrete slabs reduces construction time for composite steel-concrete buildings and bridge decks. Casting of bolted shear connectors in prefabricated concrete slabs offers the higher level of prefabrication when compared to a technique with grouped headed studs in envisaged pockets of concrete slabs. Additionaly, bolted shear connectors offer some sustainability advantages, such as ability of the structure to be easily removed or replaced. However, bolted shear connectors are rarely used in composite structures due to the lack of detailed research and design rules. The aim of the research presented in this thesis is to promote the application of bolted shear connectors through detailed examination of their behaviour. Firstly, feasibility of their application in the longitudinal shear connection of composite decks is examined considering requirements for application, technical aspects, cost effectiveness and environmental impacts. Bolted shear connectors with single embedded nut was found to be the most appropriate for practical application. A case study considering incomplete interaction on a 12 m span composite beam with bolted shear connectors and welded headed studs showed that deflections and stresses in steel are increased (10-20%) in case of bolted shear connectors due to initial slip in hole. This is acceptable, especialy in the case where propped construction and propper camber are used. Further, detailed examination of their behaviour is made through comparison to welded headed studs in push-out tests on M16 and M24 bolted shear connectors (grade 8.8). Basic shear connector properties are observed: shear resistance, stiffness and ductility. Bolted shear connectors achieved similar shear resistance, while stiffness and ductility are reduced when compared to the headed studs. Advanced FE models of push-out tests are built and calibrated with regards to the experimental results. Abaqus/Explicit dynamic solver and damage material models for steel and concrete were used with realistic bolt and nut geometry, allowing the beyond-state-of-the-art failure analysis of push-out tests...