Experimental studies of the adhesion force between a zinc-coated steel plate and concrete

Introduction.

The co-authors present the findings of experimental studies of the adhesion force arising between a zinc-coated steel plate and concrete. Four specimens were used in testing. Rectangular plates, embedded in a concrete parallelepiped, had different types of surfaces. They were smooth, perforated with holes, or they had connecting elements such as bolts or spikes. The behavior of specimens under loading is analyzed; graphs, describing the dependency between displacements and loading are provided, and the design resistance is determined to analyze the adhesion force between concrete and a zinc-coated steel plate.

Materials and methods.

Four specimens were used in testing. Each specimen represented a zinc-coated steel plate embedded in a concrete parallelepiped. A test bench, consisting of a load frame and a hydraulic cylinder, which pulled the steel plate out of a concrete parallelepiped, was used in the experiment.

Results.

Deformation dependences of specimens were obtained, graphs describing the dependence of displacement on loading were drawn for four types of surfaces, loading values that trigger the failure of specimens and dependence between the loading value, that triggers the failure, and the structure of the embedded part of the plate, are identified. The nature of the concrete failure at the interface with a zinc-coated plate is tracked.

Conclusions.

The results of the experiment enable us to conclude that the joint action of concrete and a steel beam is possible without the use of additional elements in composite structures that have bent profiles. The adhesion properties of materials and the stamped part of the profile are capable of absorbing shear forces arising in structures. For a more accurate analysis of floor slabs that contain bent profiles, additional experimental studies are to be conducted. Specimens, having bent profiles embedded in concrete, will be tested in the course of these experiments.

1. Айрумян Э.Л., Каменщиков Н.И., Румянцева И.А. Особенности расчета монолитных плит сталежелезобетонных перекрытий по профилированному стальному настилу // Промышленное и гражданское строительство. 2015. № 9. С. 21-26.

2. Туснин А.Р., Ахрамочкина Т.И. Сталежелезобетонные перекрытия с использованием гнутых стальных профилей // Промышленное и гражданское строительство. 2020. № 5. С. 10-14. DOI: 10.33622/ 0869-7019.2020.05.10-14

3. Козлов А.В. Классификация конструкций объединения железобетонной плиты со стальными балками // Строительная механика и конструкции. 2019. № 2 (21). С. 50-63.

4. Lee Y.H., Tan C.S., Mohammad S., Tahir M.M., Shek P.N. Review on cold-formed steel connections // The Scientific World Journal. 2014. Vol. 2014. Pp. 1-11. DOI: 10.1155/2014/951216

5. Bamaga S.O., Tahir M.M., Tan C.S. Push tests on innovative shear connector for composite beam with cold-formed steel section // International Specialty Conference on Cold-Formed Steel Structures. 2012.

6. Бактыгулов К. Обеспечение совместной работы сборно-монолитного перекрытия с использованием гладкого стального профилированного настила // Наука и новые технологии. 2014. № 6. С. 8-12.

7. Щеткова Е.А., Кашеварова Г.Г. Повышение прочности сцепления при сдвиге в зоне контакта «сталь-бетон» // Вестник гражданских инженеров. 2015. № 6 (53). С. 70-75.

8. Румянцева И.А. Экспериментальные исследования работы разных видов выштамповок на сдвиг // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2014. № 5. С. 74-79.

9. Травуш В.И., Каприелов С.С., Конин Д.В., Крылов А.С., Кашеварова Г.Г., Чилин И.А. Определение несущей способности на сдвиг контактной поверхности «сталь-бетон» в сталежелезобетонных конструкциях для бетонов различной прочности на сжатие и фибробетона // Строительство и реконструкция. 2016. № 4 (66). С. 45-55.

10. Замалиев Ф.С. Численные эксперименты и натурные испытания сталежелезобетонных балок на основе гнутых профилей // Вестник МГСУ. 2019. Т. 14. № 1 (124). С. 22-32. DOI: 10.22227/1997-0935.2019.1.22-32

11. Sangeetha P. Flexural behaviour of a cold-formed steel-concrete composite beam with channel type shear connector - An experimental and analytical study // Civil and Environmental Engineering Reports. 2019. Vol. 29. Issue 3. Pp. 228-240. DOI: 10.2478/ceer-2019-0038

12. Wehbe N., Bahmani P., Wehbe A. Behavior of concrete/cold formed steel composite beams: experimental development of a novel structural system // International Journal of Concrete Structures and Materials. 2013. Vol. 7. Issue 1. Pp. 51-59. DOI: 10.1007/s40069-013-0031-6

13. Diógenes H.J.F., El Debs A.L.H.C., Valente I.B. Experimental analysis of new interfaces for connections by adhesion, interlocking and friction // Journal of Constructional Steel Research. 2015. Vol. 110. Pp. 170-181. DOI: 10.1016/j.jcsr.2015.03.012

14. Hosseini S.M., Mamun M.S., Mirza O., Mashiri F. Behaviour of blind bolt shear connectors subjected to static and fatigue loading // Engineering Structures. 2020. Vol. 214. P. 110584. DOI: 10.1016/j.engstruct. 2020.110584

15. Kwon G., Engelhardt D.M.E., Klingner R. Behavior of post-installed shear connectors under static and fatigue loading // Journal of Constructional Steel Research. 2010. Vol. 66. Issue 4. Pp. 532-541. DOI: 10.1016/j.jcsr.2009.09.012

16. Еремин В.Г., Козлов А.В. Аналитическая зависимость смещения от сдвиговой жесткости шва между железобетонной плитой и стальной балкой в пролетных строениях мостов // Научный журнал строительства и архитектуры. 2019. № 3 (55). С. 94-104. DOI: 10.25987/VSTU.2019.55.3.010

17. Козлов А.В., Козлов В.А., Хорохордин А.М., Чураков П.П. Экспериментальные исследования сдвиговой жесткости стыка сталежелезобетонной конструкции с гибкими штыревыми упорами // Строительная механика и конструкции. 2020. № 1 (24). С. 54-62.

18. Valente I.B., Cruzb P.J.S. Experimental analysis of shear connection between steel and lightweight concrete // Journal of Constructional Steel Research. 2009. Vol. 65. Issue 10-11. Pp. 1954-1963. DOI: 10.1016/j.jcsr.2009.06.001

19. An L., Cederwall K. Push-out tests on studs in high strength and normal strength concrete // Journal of Constructional Steel Research. 1996. Vol. 36. Issue 1. Pp. 15-29. DOI: 10.1016/0143-974x(94)00036-h

20. Valente I., Cruz P.J.S. Experimental analysis of Perfobond shear connection between steel and lightweight concrete // Journal of Constructional Steel Research. 2004. Vol. 60. Issue 3-5. Pp. 465-479. DOI: 10.1016/s0143-974x(03)00124-x