FREE-VIBRATION OF A STEEL-CONCRETE COMPOSITE BEAM WITH WEB OPENINGS AN EXPERIMENTAL AND NUMERICAL ANALYSIS

FREE-VIBRATION OF A STEEL-CONCRETE COMPOSITE BEAM WITH WEB OPENINGS AN EXPERIMENTAL AND NUMERICAL ANALYSIS. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF
Thesis Report-Library.pdf
Restricted to Repository staff only until 18 May 2023.

Download (18MB)

Arabic Abstract

تحديد خواص الاهتزاز الحر لأي نظام إنشائي أصبح أمراً جوهرياً. يزداد طلب أن تكون الهياكل الإنشائية محسنة على صعيد الفراغات والتكلفة والتي يمكن أن يتمكن منها عبر استخدام جسور مركبة من الحديد الصلب والخرسانة. توفير معلومات مؤكدة عن تصرف هذا النوع من الجسور في خواصه الانثنائية والاهتزاز الحر أصبح مهماً ليت تبنيه في المشاريع العملية. فلذلك, هدف هذه الرسالة أن تناقش اختبار تجريبي إلى حد المرونة لجسر شكله كشبه منحرف مصنوع من الحديد الصلب وبه فتحات بالوتيرة يسمى ديلتابيم. وسيلحق ذلك بصب خرسانة داخل القطاع لتكوين قطاع مركب من الحديد الصلب والخرسانة واختباره إلى حد الفشل. سيتم عمل نمذجة كمية لكلا من ديلتابيم وقطاعه المركب باستخدام طريقة العناصر المحدودة عبر برنامج أباكوس والتي ستؤكد نتائجها بناءً على نتائج الاختبار التجريبي المنفذ سابقاً لكلا القطاعين. تأكيد نتائج النمذجة سيمكن من دراسة خواص الاهتزاز الحر لكلا القطاعين باستخدام النمذجة الكمية واستخراج عدد 10 ترددات طبيعية والأشكال المطابقة لها . دراسة متعددة وشاملة ستعمل على كلا القطاعين عبر دراسة تأثير حجم, شكل ومسافة فتحة الوتيرة على خواص الانثناء والاهتزاز الحر الخاصة بهما. بالإضافة سيتم دراسة تأثير سماكة اللوح العلوي والسفلي من خلال تغييرهما. عادة مايتم تصميم وتصنيع ديلتابيم مع أسياخ حديدة مقاومة لقوى الاحتراق فلذلك سيتم إضافتها لكلا القطاعين ودراسة تأثيرها. بالإضافة إلى ماذكر سابقاً, سيتم عمل دراسة خاصة عن الاهتزاز الحر للقطاع المركب عبر إضافة خرسانة خارج قطاع الحديد الصلب لتوفير معلومات تعكس حال القطاع المركب في المشاريع العملية. وجدت هذه الرسالة أن القطاع المركب يتفوق على قطاع ديلتابيم بما يخص قوى الانثناء ب1.40. وتغيير حجم فتحة الوتيرة له تأثير أكبر من تغيير شكلها. وجد أن القطاع المركب يمتاز باهتزاز حر أقل من قطاع ديلتابيم ويرجع ذلك أن كتلته أعلى.

English Abstract

Determining the free-vibration characteristics of a structural system has become essential. Structures are increasing in demand for space and cost optimization that could be handled by implementing steel-concrete composite beams. Providing solid information about the beam’s flexure strength and free-vibration response is vital to adapt to practical projects. Therefore, this thesis will address an experimental test on a trapezoidal steel beam with web openings, named Deltabeam, within linear behavior .It will be followed by casting the beam with concrete and testing its steel-concrete composite section. A numerical finite element modeling (FEM) using Abaqus CAE is then established for both of the Deltabeam and its composite section which will be calibrated against the experiments results. Validating the FE models will provide feasibility to numerically study the free-vibration response for Deltabeam and composite Deltabeam and acquire their natural frequency and shape modes for 10 modes. An intensive parametric study will then be prepared including investigation on the influence of the web opening‘s shape, size and spacing. In addition, varying the top and bottom plates thickness to analyze their influence. As Deltabeam usually designed and manufactured with fire rebars embedded within it, a study will be made to evaluate the influence of fire rebars. The aforementioned parametric studies will be conducted on DB and CDB static and free-vibration analysis with multiple variables for each study. Furthermore, a free-vibration analysis will be given for composite Deltabeam with outer concrete to present information reflecting Deltabeam’s situation in actual projects. It was found that CDB possesses higher flexure capacity than DB by 1.40. Varying the web opening size affects DB and CDB flexure strength and natural frequency more significantly than its shape. The natural frequency for CDB is lower than DB to the increase in mass.

Item Type: Thesis (Masters)
Subjects: Civil Engineering
Civil Engineering > Structural Engineering
Department: College of Design and Built Environment > Civil and Environmental Engineering
Committee Advisor: AlGhadib, Ali
Committee Members: AlOsta, Mohammed and AlDulijan, Salah and AlGahtani, Husain
Depositing User: YOUSEF AL BENHAMDA (g201224180)
Date Deposited: 19 May 2022 12:03
Last Modified: 19 May 2022 12:03
URI: https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/141989