Experimental investigations of concrete filled battened steel columns of different slenderness

The study investigates the axial load behaviour of concrete filled battened steel columns not covered by the design standards. A series of full scale tests on two I-sections connected together with intermediate batten plates and filled with concrete were carried out. The main parameters varied in the tests are length of the members and strength of the concrete filling. One bare steel member was also tested and results were compared with those filled with concrete. The tests results were illustrated by load-strain curves. The main objectives of these tests were twofold: first, to describe behaviour of new steel-concrete columns and second, to analyze the influence of slenderness on load-carrying capacity.

W artykule przedstawiono wyniki badań doświadczalnych złożonych słupów stalowych łączonych przewiązkami, wypełnionych betonem. Elementy badawcze poddawane były ściskaniu osiowemu w prasie hydraulicznej, z założonym przyrostem. Parametrami stałymi w badaniach był rodzaj kształtowników stalowych IPE80, rozstaw gałęzi i wielkość przewiązek. Zróżnicowana była długość słupów 1.5m, 2.5m oraz 3.0m a także klasa betonu wypełniającego. Jeden z elementów dla celów porównawczych pozostał nie wypełniony betonem. W trakcie badań dokonywano pomiarów odkształceń części stalowej słupa i betonu wypełniającego w wybranych przekrojach, rejestracji skrócenia oraz wygięcia słupów, a także makroskopowej oceny zachowania się elementów pod wpływem rosnącego obciążenia oraz pomiaru maksymalnej siły obciążającej. Zaobserwowano trzy główne postaci zniszczenia słupów, polegające na pękaniu i miażdżeniu betonu, z jednoczesnych lokalnym wyboczeniem profili stalowych w przypadku słupów o długości 1.5m i 2.0m oraz wyboczeniu globalnym słupów o długości 3.0m. Dokonano analizy odkształceń stali i betonu, stwierdzając ich współpracę w przenoszeniu obciążenia, analogicznie do słupów zespolonych. Pomierzone wartości odkształceń stali wykazały osiągnięcie granicy plastyczności. Natomiast odkształcenia betonu między przewiązkami przekroczyły wartości odkształceń granicznych odpowiadające maksymalnym naprężeniom. Zatem można wyciągnąć wniosek, że wytrzymałość betonu wzrosła z powodu ograniczenia odkształceń przez profile stalowe. Wydaje się, że w przypadku obliczeń nośności plastycznej przekrojów zbliżonych do badanych, zgodnie z Eurokodem 4, współczynnik redukcyjny wytrzymałości betonu można zwiększyć powyżej wartości 0.85. Wypełnienie betonem spowodowało wzrost nośności słupa stalowego o długości 2.0m o ok. 111%. Stwierdzono także, że w badanych słupach dwugałęziowych wypełnionych betonem, wpływ smukłości ma znacząco mniejszy wpływ na zmniejszenie nośności niż w słupach stalowych - dla elementów o długości 2.0m o około 43%. Uzyskane rezultaty badań potwierdzają praktyczny aspekt stosowania tego typu przekrojów w słupach o dużej nośności oraz przemawiają za prowadzeniem badań w kierunku ustalenia czy można traktować je, a w rezultacie obliczać, jako zespolone.