Modelling the influence of composite stiffness on energy dissipation in reinforced composite concrete floors

A continuous contact layer exists between the top and bottom layer of concrete composite reinforced floors. The contact layer is characterised by linear elasticity and frictional properties. In this paper a model of single degree of freedom of composite floor is determined. The model assumes that the restoring forces and the non-conservative internal friction forces dissipating energy are produced within the contact layer. A hysteresis loop is created in the process of static loading and unloading of the model, with the energy absorption coefficient being defined on this basis. The value of the coefficient is rising along with the growing stiffness of the composite. A critical damping ratio is a parameter describing free decaying vibration caused by non-conservative internal friction forces in the contact layer and in the bottom and top layer. The value of the ratio in the defined model is rising along with the lowering stiffness of the element representing contact layer. The findings resulting from the theoretical analyses carried out, including the experimental tests, are the basis for the established methods of determining the concrete layer state for reinforced concrete floors. The method is based on energy dissipation in the contact layer.

Żelbetowe stropy zespolone składają się z dwóch warstw betonu: dolnej stanowiącej element prefabrykowany oraz górnej wykonywanej na budowie. Przyjęto, ze miedzy tymi warstwami znajduje się warstwa kontaktowa, w której wywoływane są siły związane z odkształceniami sprężystymi oraz niesprężystymi. Zdefiniowano model ciała reprezentującego warstwę kontaktową przyjmując że występują w nim naprężenia liniowo-sprężyste i niesprężyste związane z tarciem wewnątrz materiałowym. Następnie zbudowano model żelbetowego stropu zespolonego o jednym stopniu swobody. Model ten składa się z dwóch połączonych szeregowo modeli o jednym stopniu swobody: płyty monolitycznej i elementu reprezentującego liniowo-sprężyste i niesprężyste właściwości warstwy kontaktowej. Niesprężyste właściwości w modelu, przy statycznym wymuszeniu kinematycznym były reprezentowane przez elementy sprężysto-tarciowe. Przy wymuszeniu kinematycznym tłumienie modelowano elementami wiskotycznymi. Z fizycznego punktu widzenia rozważano sytuacje, w której występują ciągłe odkształcenia w warstwie kontaktowej, to znaczy nie zachodzi poślizg miedzy betonem warstwy dolnej i górnej. Badania modelu wykazały, ze w procesie statycznego obciążania i odciążania modelu płyty zespolonej powstaje pętla histerezy, która pozwala wyznaczać wartości współczynnika pochłaniania energii przy statycznym wymuszeniu kinematycznym. Mniejszymi wartościami tego współczynnika cechują się modele o małej sprężystości zespolenia. W zdefiniowanym modelu przyjęto, że w trakcie drgań, niesprężyste siły tarcia wewnętrznego w zespoleniu oraz w betonie warstw dolnej i górnej ujawniają się w postaci tarcia wiskotycznego. Wykazano, że drgania modeli płyt zespolonych cechujących się małą sztywnością odpowiadającą zespoleniu są tłumione mocniej niż drgania modeli płyt ze sztywną warstwą kontaktową. Ponadto mniejszej sztywności warstwy kontaktowej odpowiada mniejsza częstotliwości drgań własnych modeli płyt. Powyższe spostrzeżenia dotyczące dyssypacji energii w czasie statycznego i dynamicznego obciążania zdefiniowanych modeli płyt mają duże znaczenie praktyczne, ponieważ, po ich praktycznym zweryfikowaniu, umożliwią określanie sztywności zespolenia dwóch betonów w zespolonych stropach deskowych. Jak wykazano bowiem we wcześniejszych badaniach doświadczalnych, płyty o małej sztywności zespolenia pod mniejszym obciążeniem osiągają graniczną wartość przemieszczenia i utracie ich nośności towarzyszy rozwarstwienie. Wyniki przeprowadzonych analiz teoretycznych są jedną z podstaw prowadzonych aktualnie badań doświadczalnych, w których bada się dyssypacje energii w żelbetowych stropach deskowych poddanych wymuszeniom kinematycznym statycznym i dynamicznym.