Title Anchor Channels in Composite Concrete Slabs: Experimental and Numerical Investigation
Title (english) Rad ne sadrži naslov na drugom jeziku.
Author Anton Bogdanić
Mentor Joško Ožbolt (mentor)
Committee member Ivica Kožar (predsjednik povjerenstva)
Committee member Goran Turkalj (član povjerenstva)
Committee member Neira Torić Malić (član povjerenstva)
Granter University of Rijeka Faculty of Civil Engineering Rijeka
Defense date and country 2022-05-27, Croatia
Scientific / art field, discipline and subdiscipline TECHNICAL SCIENCES Civil Engineering
Universal decimal classification (UDC ) 624/625 - Civil and structural engineering. Civil engineering of land transport. Railway engineering. Highway engineering
Abstract Anchor channels are a type of cast-in-place fastener that are well suited for supporting curtain walls and other applications in commercial construction because they provide flexibility when connecting structural or nonstructural elements. In modern high-rise buildings, composite slabs consisting of profiled steel decking with an in-situ cast concrete topping are commonly used. In some countries, it is also common to install the attachment point of the curtain wall in a recess of the concrete member often called a “pocket”. Therefore, the specific geometry of the composite slab and pockets is a major factor to consider when designing anchor channel connections. However, the influence of complex geometry on the concrete capacity has not been investigated and design is based on engineering judgement. The main aim of this thesis is to investigate the behavior of anchor channels in composite slabs and pockets, for both tension and shear loads. Extensive numerical parametric studies and several experimental campaigns have been carried out to evaluate the difference in the capacity between slabs with complex geometry and equivalent plain concrete slabs under un-cracked conditions. In the numerical studies, the 3D nonlinear FE code based on the microplane model was employed. The numerical models were validated against the corresponding experimental tests and showed excellent agreement. Based on the results, the existing design models valid for plain concrete slabs have been modified and enhanced to improve their predictability, especially in the case of thin members. Moreover, additional modification factors have been proposed to account for the influence of complex geometry on the concrete capacity.
Abstract (croatian) Sidreni kanali su tip sustava za pričvršćivanje koji se postavlja na odgovarajuću poziciju prije ugradnje betona. Vrlo su prikladni za oslanjanje ovješenih fasada i drugih primjena u komercijalnoj gradnji zbog prilagodljivosti prilikom povezivanja konstruktivnih ili nekonstruktivnih elemenata. Sidreni kanali se prilikom oslanjanja ovješenih fasada postavljaju po obodu relativno tankih međukatnih ploča, pri čemu nosivost uslijed otkazivanja betona postaje mjerodavna za dimenzioniranje. U modernim višekatnim konstrukcijama često se koriste spregnute ploče od profiliranih trapeznih limova i sloja lijevanog betona na mjestu ugradnje. U nekim zemljama, uobičajeno je da se povezivanje ovješenih fasada vrši unutar udubljenja u betonskoj ploči koje se naziva „džep“. Stoga, specifičnu geometriju spregnutih ploča i „džepova“ važno je uzeti u obzir prilikom dimenzioniranja spojeva sa sidrenim kanalima. No, utjecaj složene geometrije na nosivost betona nije istražena i proračun je baziran na inženjerskim prosudbama. Osnovni cilj ove disertacije je istražiti ponašanje sidrenih kanala u spregnutim pločama i „džepovima“ za vlačna i posmična opterećenja, a naglasak je na oblicima sloma uslijed otkazivanja betona. Provedene su opširne numeričke parametarske analize i nekoliko eksperimentalnih programa kako bi se odredila razlika u nosivosti između ploča sa složenom geometrijom te ekvivalentnih monolitnih betonskih ploča za neraspucani beton. U numeričkim simulacijama korišten je 3D nelinearni program baziran na metodi konačnih elemenata. Osnovna značajka ovog programa je mikroravninski konstitutivni model, a osnovna ideja je praćenje jednoosnih naprezanja i deformacija u unaprijed definiranim smjerovima (mikroravninama). U programu su pukotine modelirane koristeći tzv. pristup razmazanih pukotina, a kako bi se osigurala objektivnost rezultata neovisno o veličini konačnih elemenata primijenjena je tzv. metoda trakastih pukotina. Numerički modeli su verificirani na osnovu usporedbe s odgovarajućim eksperimentalnim rezultatima, pokazujući izvrsnu podudarnost. U radu su ponajprije istraženi važeći proračunski modeli u normama za vlačna i posmična opterećenja. Naime, izuzetno je bitno da se referentna nosivost, tj. nosivost u monolitnim betonskim pločama, može čim preciznije odrediti kako bi se mogli primijeniti modifikacijski faktor koji će uzeti u obzir složenu geometriju spregnutih ploča i „džepova“. Prilikom istraživanja ponašanja u monolitnim pločama, fokus je stavljen na tanke ploče zbog njihove sve češće primjene u praksi. Na osnovu numeričkih rezultata uočeni su nedostaci kod važećih proračunskih modela i predložene su promjene kako bi se poboljšala njihova točnost. Dodatno su osmišljeni i eksperimenti koji su potvrdili predložene promjene. Kod primjene sidrenih kanala u spregnutim pločama i „džepovima“ varirani su brojni parametri kako bi se istražilo što više mogućih konfiguracija u praksi. Neki od tih parametara su: tip limova, orijentacija limova, debljina ploča, pozicija sidrenih kanala, dimenzije „džepova“, itd. Na osnovu brojnih rezultata predloženi su dodatni modifikacijski faktori za određivanje nosivosti sidrenih kanala u spregnutim pločama i „džepovima“, posebno za vlačno i posmično opterećenje. Validacija navedenih faktora provedena je pomoću serije pomno osmišljenih eksperimenata. Osnovni znanstveni doprinos ovog rada očituje se u unaprjeđenu postojećih saznanja i modela za proračun sidrenih kanala u monolitnim betonskim pločama, te potpuno nova saznanja o njihovoj primjeni u spregnutim betonskim pločama i „džepovima“. Rezultati ovog rada i prijedlozi za proračun od iznimne su važnosti za primjenu sidrenih kanala kod oslanjanja ovješenih fasada koja je sve raširenija diljem svijeta, a posebno u Europi i SAD-u.
Keywords
anchor channels
composite slabs with profiled steel decking
pockets
modified design models
modification factors
thin members
concrete failure
Keywords (croatian)
sidreni kanali
spregnute ploče s valovitim trapeznim limovima
„džepovi“
izmijenjeni proračunski modeli
modifikacijski faktori
tanki elementi
otkazivanje betona
Language english
URN:NBN urn:nbn:hr:157:123373
Promotion 2022
Study programme Title: Civil Engineering; specializations in: Hydrotechnics and geotechnics, Mechanics Course: Mechanics Study programme type: university Study level: postgraduate Academic / professional title: doktor/doktorica znanosti, područje tehničkih znanosti (doktor/doktorica znanosti, područje tehničkih znanosti)
Type of resource Text
Extent 163 str; 30 cm
File origin Born digital
Access conditions Open access
Terms of use
Created on 2022-06-08 11:12:39