Nonlinear longitudinal shear distribution in steel-concrete composite beams

This paper describes a fiber-based model proposed for computing the nonlinear longitudinal shear distribution in composite steel-concrete beams. The presented method incorporates the accurate stress-strain relationship with strain softening for concrete and bi-linear constitutive relation for structural steel, both in agreement with Eurocodes, however any one-dimensional constitutive relation can be used. The numerical solution for a simply supported beams loaded with the uniform load, concentrated force and both was presented. The results indicate that the highest value of the shear flow for a beam under an uniform load is at the ends and in the one third of the span length and for the point load, the maximum shear is in the proximity of the concentrated force.

Równomierny rozstaw łączników na ścinanie w stalowo-betonowych belkach zespolonych według Eurokodu 4 można zastosować tylko dla ciągliwych łączników ścinanych, w których charakterystyczna zdolność do poślizgu wynosi co najmniej 6 mm. Według normy EC4 tylko łączniki sworzniowe z łbami o całkowitej długości po przyspawaniu nie mniejszej niż 4-krotna średnica i z trzpieniem o nominalnej średnicy nie mniejszej niż 16 mm i nie większej niż 25 mm można uznać, że spełniają powyższy warunek. W związku z tym stosowanie innych typów łączników rozmieszczonych równomiernie na długości krytycznej belki jest możliwe tylko na podstawie badań eksperymentalnych. Dodatkowo, w belkach poddanych dużym obciążeniom, w których podłużna siła ścinająca osiąga duże wartości, należy stosować łączniki ścinane charakteryzujące się znaczną nośnością. W tego typu łącznikach trudne może być spełnienie warunku ciągliwości, przy jednoczesnym zachowaniu wymaganej nośności na ścinanie. Według Eurokodu 4 łączniki ścinane można rozmieścić na długości krytycznej belki zgodnie z rozkładem ścinania obliczonym za pomocą teorii sprężystości. Jednakże nośność sprężysta przekroju zespolonego (klasy 1 i 2) jest znacznie mniejsza od jego nośności granicznej, co powoduje zwiększenie zużycia materiałów. Aby tego uniknąć i wykorzystać plastyczne rezerwy nośności przekroju zespolonego, rozkład podłużnej siły ścinającej należy obliczyć za pomocą teorii nieliniowej. W artykule przedstawiono procedurę wyznaczania nieliniowego rozkładu ścinania podłużnego w belkach zespolonych za pomocą „Fiber Element Method”. Podano rozwiązania numeryczne dla belki swobodnie podpartej obciążonej równomiernie, siłą skupioną w środku rozpiętości oraz obydwoma obciążeniami jednocześnie.