Determination of stiffness of the connections of composite steel and concrete bridge deck by the limit permissible deflections

Abstract

The composite steel and concrete structures are used for constructing bridge floors and others buildings. The joint action of composite structures as well as their economic efficiency depends on the connection between the layers, i.e. stiffness of the steel beam and the concrete slab. Under the effect of external load in the connection of steel and concrete the shear deformations occur. The size of these deformations depends on the effective shear stiffness of the connection of layers. When designing the composite steel and concrete structures it is very important to accurately calculate their deflections. Deflection is largely dependent on the stiffness of the connection of steel and concrete. In isolated cases it is purposive to calculate the necessary stiffness of the connection of steel and concrete taking into consideration the permissible deflection of the composite steel and concrete structure. This paper gives the methodology which, based on the known permissible deflection of the structure, allows to calculate the necessary equivalent effective shear modulus of the steel-concrete connection. Experimental investigations of the composite steel and concrete beams were carried out. Deflections of the composite beams, also the shear deformations of steel and concrete connections and the effective shear stiffness of this connection were determined. Theoretical calculations of the effective shear stiffness of the connection of concrete slab and steel beam of the experimental composite steel and concrete beams were conducted. Investigations showed a rather good correspondence between the experimental and theoretical investigation results.

Kompozitinės plieno ir betono konstrukcijos yra plačiai naudojamos tiltų perdangų ir kitų įvairių statinių statyboje. Bendras kompozitinių konstrukcijų darbas ir ekonominis efektyvumas priklauso nuo jungties tarp sluoksnių, t. y. plieninės sijos ir gelžbetoninės plokštės standumo. Veikiant išorinei apkrovai, plieno ir betono jungtyje atsiranda šlyties deformacijų. Jų dydis priklauso nuo sluoksnių jungties šlyjamojo standumo. Projektuojant kompozitines plieno ir betono konstrukcijas svarbu tiksliai apskaičiuoti jų įlinkius. Įlinkis daugiausia priklauso nuo plieno ir betono jungties standumo. Atskirais atvejais tikslinga apskaičiuoti reikiamą plieno ir betono jungties standumą atsižvelgiant į kompozitinės plieno ir betono konstrukcijos leidžiamąjį įlinkį. Šiame darbe pateikta metodika, padedanti pagal žinomą konstrukcijos leidžiamąjį įlinkį apskaičiuoti reikiamą plieno ir betono jungties ekvivalentinį šlyties modulį. Atlikti eksperimentiniai kompozitinių plieno ir betono sijų tyrimai. Nustatyti kompozitinių sijų įlinkiai, plieno ir betono jungties šlyties deformacijos bei šios jungties šlyjamasis standumas. Atlikti eksperimentinių kompozitinių plieno ir betono sijų gelžbetoninės plokštė ir plieninės sijos jungties šlyjamojo standumo teoriniai skaičiavimai. Tyrimai parodė gana gerą eksperimentinių ir teorinių tyrimo rezultatų sutapimą.