Experimental and numerical studies of continuous composite beams taking into consideration slab cracking

This paper presents the results of studies conducted on composite beams which function as models of representative bridge deck elements subjected to bending. The adopted type of load and the resulting strain of the analysed system correspond to operating conditions. The subject of the studies was steel and concrete composite beams with fasteners in the form of pins. Experimental tests of girders were carried out on a near real-life scale under the static load corresponding to the operating load. The obtained results were used to build a numerical model using the finite element method. The non-linear concrete damage plasticity model was used to describe the concrete and the elastic-plastic body model was adopted to describe the steel. Two concrete slab – steel beam connection methods were analysed: a continuous connection and a spot connection using rigid fasteners. Next, the validation of the numerical model was performed. A comparison of the selected operating characteristics of the tested systems was made on the basis of the adopted criteria.

Praca prezentuje wyniki badań belek zespolonych, stanowiących modele reprezentatywnych elementów ustrojów nośnych obiektów technicznych (mostów) poddawanych zginaniu. Przyjęty rodzaj obciążenia oraz powstałych deformacji rozpatrywanego układu odpowiada warunkom eksploatacyjnym. Przedmiotem rozważań były belki zespolone typu stal-beton z łącznikami w postaci sworzni. Przeprowadzono badania eksperymentalne dźwigarów w skali zbliżonej do rzeczywistej pod obciążeniem statycznym odpowiadającym obciążeniu eksploatacyjnemu. Otrzymane wyniki posłużyły do budowy modelu numerycznego przy wykorzystaniu metody elementów skończonych. Do opisu betonu wykorzystano nieliniowy model betonu plastycznego ze zniszczeniem, natomiast do opisu stali przyjęto model ciała sprężysto-plastycznego. Przeanalizowano dwa sposoby połączenia płyty betonowej z belką stalową: połączenie ciągłe oraz połączenie punktowe wykorzystując sztywne łączniki. Następnie przeprowadzono walidację przygotowanego modelu numerycznego belki. Dokonano porównania wybranych właściwości eksploatacyjnych badanych ustrojów, w oparciu o przyjęte kryteria.