Investigation of Shear Connectors in Concrete Sandwich Panels. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF INVESTIGATION OF SHEAR CONNECTORS IN CONCRETE SANDWICH PANELS.pdf.pdf Restricted to Repository staff only until 13 May 2027. Download (6MB)

Arabic Abstract

تستخدم ألواح الخرسانة المركبة بشكل متزايد في تشييد المباني نظ ًرا لعزلها الحراري الفعال. في حين أن روابط القص ضرورية لضمان السالمة الهيكلية عن طريق نقل األحمال بين طبقات الخرسانة، إال أنها يمكن أن تقلل بشكل كبير من األداء الحراري من خالل العمل كجسور حرارية. لذلك، يعد تحسين شكل وهندسة روابط القص أمًرا بالغ األهمية لتحقيق الكفاءة الهيكلية مع الحد األدنى من التدهور الحراري. تحقق هذه الدراسة تجريبيًا في األداء الميكانيكي والحراري لروابط القص في ألواح الخرسانة المركبة عن طريق تغيير ثالثة معايير: )أ( حالة اإلجهاد )شد أو ضغط(؛ )ب( قطر الرابط )6 و 8 و 10 مم(؛ و )ج( زاوية التوجيه )0 درجة و 25 درجة و 45 درجة(. يتم تقييم تأثير تكوين الرابط على قدرة تحمل األحمال وتدفق القص من خالل اختبارات القص المزدوج. ثم يتم إجراء قياسات الموصلية الحرارية لتحديد تأثير كمية الرابط على انتقال الحرارة. تشير النتائج إلى أن روابط القص المعرضة للشد تعمل بشكل أفضل بكثير من تلك المعرضة للضغط، مع تحسينات في قدرة التحمل تصل إلى 339 ٪تم مالحظتها للعينات المشدودة بزاوية 45 درجة وقطر 10 مم مقارنة بنظيرتها المضغوطة بزاوية 45 درجة وقطر 10 مم. يؤدي زيادة قطر الرابط إلى تحسين القوة الهيكلية، بينما ينتج عن التوجيه بزاوية 45 درجة باستمرار أدا ًء فائقًا مقارنة بالزاويتين 25 و 0 درجة. ومع ذلك، فإن دمج روابط الصلب يؤدي إلى زيادة الموصلية الحرارية، مما يستلزم تحسينًا دقيقًا للتخفيف من الجسور الحرارية . بنا ًء على هذه النتائج، يتم اقتراح توصيات عملية لتفصيل روابط القص في ألواح الخرسانة المركبة لتحقيق توازن فعال بين األداء الميكانيكي والكفاءة الحرارية. تم التحقق من النتيجة التفصيلية الموصى بها من دراسة روابط القص باستخدام نموذج العناصر المحدودة ثالثي األبعاد في برنامج ABAQUS ،ومقارنتها بالدراسات السابقة. استُخدمت نمذجة العناصر المحدودة لدراسة تأثير معايير الروابط المختلفة )القطر، والعدد، والتوزيع(.

English Abstract

Concrete sandwich panels (CSPs) are increasingly utilized in building construction due to their effective thermal insulation. While shear connectors are essential for ensuring structural integrity by transferring loads between concrete layers, they can significantly reduce thermal performance by acting as thermal bridges. Therefore, optimizing the geometry and placement of shear connectors is crucial to achieving structural efficiency with minimal thermal compromise. This study experimentally investigates the mechanical and thermal performance of shear connectors in CSPs by varying three parameters: (a) stress condition (tension or compression); (b) connector diameter (6, 8, and 10 mm); and (c) orientation angle (0°, 25°, and 45°). The influence of connector configuration on load-carrying capacity and shear flow is assessed through double�shear tests. Thermal conductivity measurements are then conducted to quantify the effect of connector quantity on heat transfer. The results indicate that shear connectors subjected to tension perform substantially better than those under compression, with load capacity enhancements of up to 339% observed for the 45-degree 10 mm tension specimen compared to its 45-degree 10 mm compression counterpart. Increasing the connector diameter enhances structural strength, while a 45-degree orientation consistently yields superior performance compared to 25 and 0 degrees. However, incorporating steel connectors increases thermal conductivity, necessitating careful optimization to mitigate thermal bridging. Based on these findings, practical recommendations for the detailing of shear connectors in CSPs are proposed to achieve an effective balance between mechanical performance and thermal efficiency. The detailed outcome recommended from the shear connector investigation has been verified using a 3D finite element (FE) model in ABAQUS software and compared with literature studies. FE modeling was used to investigate the effect of different connector parameters (Diameter, number, and distribution).

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Civil Engineering
Department:	College of Design and Built Environment > Civil and Environmental Engineering
Thesis Advisor:	Mohammed Alosta,
Thesis Committee Members:	Ali Al-gadhib, Husain Al-gahtani,
Depositing User:	RIDHA ALNASSER ALHASAN (g201905470)
Date Deposited:	13 May 2026 06:37
Last Modified:	13 May 2026 06:37
URI:	https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/144260