KFUPM ePrints

Experimental and Numerical Evaluation of Continuous Composite Girders Using UHPC Slab at Hogging Moment Region

l Experimental and Numerical Evaluation of Continuous Composite Girders Using UHPC Slab at Hogging Moment Region. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]PDF (PhD Thesis)
Restricted to Abstract Only until 14 January 2020.

4Mb

Arabic Abstract

تكون البلاطة الخرسانية في منطقة عزم الدوران السالب في الكمرات المستمرة والمركبة من الخرسانة والمقطع الفولاذي تحت تأثير اجهادات الشد وبالتالي تفقد البلاطة الخرسانية مساهمتها في العمل كجزء من المقطع المركب. يتجاهل المعهد الأمريكي للإنشاءات الفولاذية (AISC) مساهمة البلاطة الخرسانية في منطقة عزم الدوران السالب في الكمرات المركبة والمستمرة أو يعتبر ان المقطع الفولاذي وحديد التسليح داخل البلاطة الخرسانية يعملان معاً بشكل مركب. لكلا الخيارين المقترحين من قِبل المعهد الأمريكي للإنشاءات الفولاذية، فإن قدرة تحمل المقطع المركب تنخفض إلى حد كبير في منطقة عزم الدوران السالب. إن فقدان البلاطة الخرسانية لمساهمتها في منطقة عزم الدوران السالب في الكمرات المركبة والمستمرة يُقلل من صلابة وقوة الكمرات المركبة والمستمرة. يقدم هذا العمل بحثًا تجريبيًا عن استخدام البلاطة الخرسانية فائقة الأداء (UHPC) في منطقة عزم الدوران السالب والخرسانية العادية (NC) في منطقة عزم الدوران الموجب. تم إجراء الاختبار للتحقق من مدى مستوى التحميل الذي يتم فيه الحفاظ على دور المقطع المركب في منطقة عزم الدوران السالب. تم اختبار أربعة كمرات مركبة ومستمرة ذات بحرين فقط. تفاوت سمك الخرسانية فائقة الأداء (UHPC) بين نصف وعمق كامل للبلاطة. تفاوتت درجة الاتصال/الترابط ما بين البلاطة الخرسانية والمقطع الفولاذي في منطقة عزم الدوران السالب بين الاتصال الكامل والجزئي. أكدت النتائج التجريبية فعالية الخرسانية فائقة الأداء (UHPC) في تعزيز صلابة الكمرات المركبة والمستمرة والمحافظة على تحمل المقطع المركب في منطقة عزم الدوران السالب عند مستوى حمولة أعلى بكثير من الحد الأقصى لحمولة الخدمة. ولوحظ كذلك أداء مُحسَّن بدرجة أقل لسمك أصغر للبلاطة الخرسانية فائقة الأداء (UHPC) واتصال جزئي في منطقة عزم الدوران السالب. تم أيضا إجراء تحليل بلاستيكي لتقييم قدرة تحمل الكمرات المركبة والمستمرة لحظة الانهيار. حيث وُجد أن التحليل البلاستيكي يُقلل من قدرة تحمل الكمرات المركبة والمستمرة. علاوة على ذلك، تم عمل تقييم عددي لسلوك الكمرات المركبة والمستمرة باستخدام أحد البرامج المتوفرة لتحليل العناصر المحدودة (ABAQUS) وتم التحقق من صحة ودقة النتائج العددية بمقارنتها مع النتائج العملية، حيث اظهرت المقارنة مدى دقة التحليل العددي في التنبؤ بسلوك الكمرات المركبة والمستمرة. بالإضافة الى ذلك، تم إجراء دراسة بارا مترية لتقييم بشكل عميق مدى تأثير بعض المتغيرات على سلوك الكمرات المركبة والمستمرة. حيث تتضمن هذه المتغيرات المسافة بين مسامير القص، سماكة وطول البلاطة الخرسانة فائقة الأداء (UHPC) في منطقة عزم الدوران السالب. أشارت النتائج إلى أنه يتم المحافظة على اداء المقطع المركب في منطقة عزم الدوران السالب من خلال استخدام مسافة بين مسامير القص ما يعادل 50٪ من تلك المسافة للمقطع المركب بشكل كامل واستخدام الخرسانة فائقة الأداء (UHPC) بعمق يعادل نصف السمك الكامل للبلاطة وبطول يعادل 20% من طول البحر. وأخيرا، تم تطوير حل تحليلي لتقييم قوة تحمل الكمرات المركبة تحت تأثير الاحمال الخدماتية واحمال الانهيار.

English Abstract

The concrete slab at the hogging moment zone of continuous composite steel-concrete girders is subject to tension and consequently loses its contribution to the composite action. The American Institute of Steel Construction (AISC) code either ignores the contribution of concrete slab at hogging moment zone for continuous composite girders or considers the steel reinforcements of concrete slab to act compositely with the steel section. For both options of the AISC code, the section capacity at the hogging moment zone is greatly reduced. The loss of composite action at the hogging moment zone for a continuous composite girder reduces the girder stiffness and strength. This work presents an experimental investigation of the use of an ultra-high performance concrete (UHPC) slab at the hogging moment zone and a normal concrete (NC) slab at the sagging moment zone. The testing was conducted to verify the level of loading at which composite action is maintained at the hogging moment zone. Four two-span continuous composite girders were tested. The thickness of the UHPC varied between a half and a full depth of slab. The degree of shear connection at the hogging moment zone varied between full and partial. The experimental results confirmed the effectiveness of the UHPC slab to enhance the girder stiffness and maintain the composite action at the hogging moment zone at a load level much higher than the upper service load limit. To a lesser degree enhanced performance was also noted for the smaller thickness of the UHPC slab and partial shear connection at the hogging moment zone. Plastic analysis was conducted to evaluate the ultimate capacity of the girder which yielded a conservative estimation. In addition, finite element (FE) modeling evaluated the girder performance numerically and yielded satisfactory results. The developed model was employed to conduct a parametric study to investigate the effects of the degree of shear connection, the thickness and length of UHPC slab at hogging moment zone on the behavior of the continuous composite girders. The results indicated that composite action at the hogging moment zone is maintained for the degree of shear connection taken as 50% of the full composite action and use of UHPC as half-depth of slab thickness and length of 20% of the span length. Besides, a simplified analytical approach was developed to evaluate the capacity of composite girders at service and ultimate stages. It yields a conservative prediction compared to the experimental and numerical approaches.



Item Type:Thesis (PhD)
Subjects:Civil Engineering > Structural Engineering
Divisions:College Of Engineering Sciences > Civil Engineering Dept
Committee Advisor:Sharif , Alfarabi
Committee Members:Al-Gahtani , Husain and Algadhib , Ali and Ahmad , Shamsad and Al-Dulaijan , Salah
ID Code:140884
Deposited By:Nizar Abdul-Hamid Yousef Assi (g201306590)
Deposited On:11 Feb 2019 14:25
Last Modified:11 Feb 2019 14:25

Repository Staff Only: item control page