Published December 1, 2017 | Version v1
Publication Open

Effect of grout properties on shear strength of column base connections: FEA and analytical approach

Creators

  • 1. Al Azhar University
  • 2. University of Leeds

Description

Concrete grout is used in most column base connections to facilitate the construction process and to ensure that full contact is achieved between the steel plate and the concrete pedestal. However, insignificant attention has been given to its use and performance while there is a lack of clear understanding towards its contribution to the shear strength of column base connections. A comprehensive finite element (FE) study is presented herein investigating the shear capacity of the column base connection on the grout thickness and strength. 3D FE models incorporate important behavioural aspects including the surface interaction and multi-axial constitutive models of the assemblages. The results of the investigation indicated that the introduction of grout improves the behaviour and strength of the column base connections significantly by developing a different load path system consisted of the grout strut, the friction between the base plate and grout, and the tension in the anchor rod due to second order effects. It is found that the current design codes of practice do not consider the positive influence of grout and lead to very conservative shear strengths. Furthermore, the paper proposes a mathematical equation to account for the lateral displacement which is overlooked in the current international regulations.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

يستخدم الجص الخرساني في معظم وصلات قاعدة العمود لتسهيل عملية البناء ولضمان تحقيق التلامس الكامل بين الصفيحة الفولاذية والقاعدة الخرسانية. ومع ذلك، فقد تم إيلاء اهتمام ضئيل لاستخدامه وأدائه في حين أن هناك نقصًا في الفهم الواضح لمساهمته في قوة القص لوصلات قاعدة العمود. يتم تقديم دراسة شاملة للعنصر المحدود (FE) هنا للتحقيق في سعة القص لوصلة قاعدة العمود على سماكة وقوة الجص. تتضمن نماذج FE ثلاثية الأبعاد جوانب سلوكية مهمة بما في ذلك التفاعل السطحي والنماذج التأسيسية متعددة المحاور للتجمعات. أشارت نتائج التحقيق إلى أن إدخال الجص يحسن سلوك وقوة وصلات قاعدة العمود بشكل كبير من خلال تطوير نظام مسار حمل مختلف يتكون من دعامة الجص، والاحتكاك بين لوحة القاعدة والجص، والشد في قضيب التثبيت بسبب تأثيرات الدرجة الثانية. وجد أن مدونات ممارسات التصميم الحالية لا تأخذ في الاعتبار التأثير الإيجابي للجص وتؤدي إلى نقاط قوة قص محافظة للغاية. علاوة على ذلك، تقترح الورقة معادلة رياضية لمراعاة الإزاحة الجانبية التي يتم تجاهلها في اللوائح الدولية الحالية.

Translated Description (French)

Le coulis de béton est utilisé dans la plupart des connexions de base de colonne pour faciliter le processus de construction et pour assurer un contact complet entre la plaque d'acier et le socle en béton. Cependant, une attention insignifiante a été accordée à son utilisation et à ses performances alors qu'il y a un manque de compréhension claire de sa contribution à la résistance au cisaillement des connexions de base de colonne. Une étude complète par éléments finis (FE) est présentée ici pour étudier la capacité de cisaillement de la connexion de la base de la colonne sur l'épaisseur et la résistance du coulis. Les modèles 3D FE intègrent des aspects comportementaux importants, y compris l'interaction de surface et les modèles constitutifs multi-axiaux des assemblages. Les résultats de l'enquête ont indiqué que l'introduction de coulis améliore considérablement le comportement et la résistance des connexions de la base de la colonne en développant un système de chemin de charge différent composé de l'entretoise de coulis, du frottement entre la plaque de base et le coulis et de la tension dans la tige d'ancrage due aux effets du deuxième ordre. On constate que les codes de pratique de conception actuels ne tiennent pas compte de l'influence positive du coulis et conduisent à des résistances au cisaillement très conservatrices. En outre, l'article propose une équation mathématique pour tenir compte du déplacement latéral qui est négligé dans les réglementations internationales actuelles.

Translated Description (Spanish)

La lechada de concreto se utiliza en la mayoría de las conexiones de la base de la columna para facilitar el proceso de construcción y para garantizar que se logre el contacto total entre la placa de acero y el pedestal de concreto. Sin embargo, se ha prestado poca atención a su uso y rendimiento, mientras que hay una falta de comprensión clara de su contribución a la resistencia al cizallamiento de las conexiones de la base de la columna. En la presente se presenta un estudio exhaustivo de elementos finitos (FE) que investiga la capacidad de cizallamiento de la conexión de la base de la columna en el espesor y la resistencia de la lechada. Los modelos 3D FE incorporan importantes aspectos de comportamiento, incluida la interacción de la superficie y los modelos constitutivos multiaxiales de los ensamblajes. Los resultados de la investigación indicaron que la introducción de lechada mejora significativamente el comportamiento y la resistencia de las conexiones de la base de la columna al desarrollar un sistema de trayectoria de carga diferente que consistía en el puntal de lechada, la fricción entre la placa base y la lechada y la tensión en la varilla de anclaje debido a efectos de segundo orden. Se encuentra que los códigos de práctica de diseño actuales no consideran la influencia positiva de la lechada y conducen a resistencias al corte muy conservadoras. Además, el trabajo propone una ecuación matemática para dar cuenta del desplazamiento lateral que se pasa por alto en la normativa internacional vigente.

Files

1-s2.0-S0141029617328328-main.pdf.pdf

Files (3.7 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:f182c1526001185a57d19cf78108c851
3.7 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تأثير خصائص الجص على قوة القص لوصلات قاعدة العمود: FEA والنهج التحليلي
Translated title (French)
Effet des propriétés du coulis sur la résistance au cisaillement des connexions de la base de la colonne : FEA et approche analytique
Translated title (Spanish)
Efecto de las propiedades de la lechada en la resistencia al corte de las conexiones de la base de la columna: fea y enfoque analítico

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2755973777
DOI
10.1016/j.engstruct.2017.08.065

Is supplement to
https://openalex.org/W4237363851 (Other)
https://openalex.org/W3118304365 (Other)
https://openalex.org/W2381670429 (Other)
https://openalex.org/W2366363060 (Other)
https://openalex.org/W2363718127 (Other)
https://openalex.org/W2362478917 (Other)
https://openalex.org/W2350032752 (Other)
https://openalex.org/W2143293784 (Other)
https://openalex.org/W2054181051 (Other)
https://openalex.org/W181806511 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Egypt

References

  • https://openalex.org/W1539969928
  • https://openalex.org/W1968505642
  • https://openalex.org/W1995530911
  • https://openalex.org/W2011631906
  • https://openalex.org/W2030220891
  • https://openalex.org/W2031127349
  • https://openalex.org/W2059659993
  • https://openalex.org/W2062453727
  • https://openalex.org/W2070793990
  • https://openalex.org/W2144977148
  • https://openalex.org/W2182561860
  • https://openalex.org/W2249319473
  • https://openalex.org/W2491908717
  • https://openalex.org/W3022524815
  • https://openalex.org/W602359293