Theoretical and experimental studies of steel-reinforced concrete structures that have bent steel sections

Introduction.

The main problem of the behaviour of composite structures is the method of combining materials that have different qualitative characteristics. In the case of collaboration of concrete and steel, the load-bearing capacity of the structure increases, while the consumption of materials decreases. Thanks to these advantages, the use of steel-reinforced concrete floor slabs is more and more popular. A theoretical study has made it possible to assess the load-bearing capacity of a floor slab.

Materials and methods.

A theoretical analysis of the bearing capacity of a composite floor slab is proposed. Four samples, that consisted of a galvanized steel plate embedded in a concrete parallelepiped, were used to conduct experimental studies. Rectangular plates had different types of surface: smooth, perforated with holes, with stamped “pins”, and with bolted connecting elements.

Results.

The analysis of the bearing capacity of a steel-reinforced concrete floor slab, that has bent profiles, was performed. The deformation dependences of the experimental samples were obtained; the graphs describing the dependence of displacement on the load for the four types of surfaces are made; the values of the load at which samples fail, and the dependence of the breaking load on the structure of the embedded part of the plate are identified.

Conclusions.

The analysis of the bearing capacity of a steel-reinforced concrete floor slab, that has bent steel sections, has shown that the use of light steel thin-walled beams is possible if spans correspond to residential and public buildings. The results of the experiment allow to conclude that the collaboration of concrete and a steel beam is possible without any additional elements in the composite structures that have bent sections. Adhesive properties of materials and the stamped part of the section can take the shear forces arising in structures.

1. Глазунов Ю.В. Технико-экономические исследования и область применения сталежелезобетонных конструкций // Коммунальное хозяйство городов. 2008. № 80. С. 89-94.

2. Бабалич В.С., Андросов Е.Н. Сталежелезобетонные конструкции и перспектива их применения в строительной практике России // Успехи современной науки. 2017. Т. 4. № 4. С. 205-208.

3. Кибирева Ю.А., Астафьева Н.С. Применение конструкций из сталежелезобетона // Экология и строительство. 2018. № 2. C. 27-34. DOI: 10.24411/2413-8452-2018-10004

4. Альхименко А.И., Ватин Н.И., Рыбаков В.А. Технология легких стальных тонкостенных конструкций. СПб. : Изд-во СПбОДЗПП, 2008. 26 с.

5. Ростовых Г.Н. Совершенствование методики расчета гибких упоров в конструкциях сталежелезобетонных мостов // Известия Петербургского университета путей сообщения. 2007. № 3 (12). С. 79-87.

6. Hsu C.-T.T., Punurai S., Punurai W., Majdi Y. New composite beams having cold-formed steel joists and concrete slab // Engineering Structures. 2014. Vol. 71. Pp. 187-200. DOI: 10.1016/j.engstruct.2014.04.011

7. Ahmed I.M., Tsavdaridis K.D. The evolution of composite flooring systems: applications, testing, modelling and eurocode design approaches // Journal of Constructional Steel Research. 2019. Vol. 155. Pp. 286-300. DOI: 10.1016/j.jcsr.2019.01.007

8. Теплова Ж.С., Виноградова Н.А. Прочность сталежелезобетонных образцов при центральном сжатии // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2015. № 5 (32). С. 29-38.

9. Румянцева И.А. Работы разных видов выштамповок на сдвиг // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2014. № 5. С. 74-79.

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

11. Palanivelu S. 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. Крылов С.Б., Семенов В.А., Конин Д.В., Крылов А.С., Рожкова Л.С. О новом Руководстве по проектированию сталежелезобетонных конструкций (в развитие СП 266.13330.2016. Конструкции сталежелезобетонные. Правила проектирования) // Academia. Архитектура и строительство. 2019. № 1. C. 99-106. DOI: 10.22337/2077-9038-2019-1-99-106

15. Рыбаков В.А. Современные методы расчета металлоконструкций из тонкостенных профилей // Стройметалл. 2007. № 2 (2). С. 36-38.

16. Панова Е.С., Сергеев Е.И. Особенности расчета сталежелезобетонных конструкций // Научный взгляд в будущее. 2019. Т. 1. № 14. С. 72-75. DOI: 10.30888/2415-7538.2019-14-01-005

17. Hossein 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. DOI: 10.1016/j.engstruct.2020.110584

18. Kwon G., Engelhardt M.D., Klingner R.E. 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

19. 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

20. 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.

21. 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

22. 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

23. 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