Análisis del desprendimiento del concreto en conectores de cortante tipo tornillo sometidos a tracción

Abstract

The steel concrete composite beams is a system that a steel wide-flange shape (I or W shape) is attached to a concrete floor slab by shear connectors. The use of steel-concrete composite beams has been increased by the advantages it presents over other systems. In Colombia, the screws connectors grade two is frequently used in composite sections due to simple installation on site and easy acquirement.

The experimental works about the behavior of composite sections with screw connectors have been shown that the connectors are subjected to combined effects of tension and shear in the inelastic range. Taking into account these, is necessary to analyze the behavior of the composite sections with screws connectors under tensile actions.

In the present research, the behavior of composite sections had been analyzed when the screw connectors are subjected to tension actions. Pull-Out tests were performed on specimens composed of one screw embedded in concrete block. As variables were considered: the depth 2, 3 and 4 inches, and the diameter of the connector: 1/2", 5/8” and 3/4”, it defined 9 configurations to analyze and 3 specimens per configuration for a total of 27 tests.

The 9 configurations of the exp erimental phase were simulated numerically in the ANSYS, finite element analysis program, in order to validate the numerical models with the behavior observed in the experimentation and analyze the failure mechanisms in concrete and the screw.

Finally, comparisons were made between the behaviors obtained by experimentation and numerical simulation with the guidelines specified in the current regulations (NSR-10).

El sistema de sección compuesta de vigas de acero y losas de concreto unidas por conectores de cortante se ha incrementado por las ventajas que presenta ante otros sistemas de entrepiso. En Colombia uno de los conectores comúnmente usados son los tornillos grado dos en las secciones compuestas debido a su facilidad de instalación en obra y fácil adquisición.

En los estudios experimentales de secciones compuestas con conectores tipo tornillo bajo ensayos de corte directo se ha evidenciado que los conectores en el rango inelástico trabajan bajo la acción combinada de esfuerzos cortantes y de tensión. Esto evidencia la necesidad de analizar el comportamiento de las secciones compuestas con este tipo de conectores ante solicitaciones únicamente de tracción.

En el presente trabajo de investigación se analizó el comportamiento de secciones compuestas cuando los conectores tipo tornillo se someten a cargas de tensión, para ello se realizaron ensayos tipo Pull-Out sobre probetas conformadas por un tornillo grado dos embebido en una matriz de concreto. Como variables de estudio se consideraron la profundidad: 2, 3 y 4 pulgadas, y el diámetro del conector: 1/2, 5/8 y 3/4 de pulgada, para un total de 9 configuraciones de estudio, de las cuales se ensayaron 3 probetas por cada configuración para un total de 27 ensayos.

Asimismo se simularon numéricamente las 9 configuraciones de la fase experimental, en el programa de análisis por elementos finitos ANSYS, esto con el objeto de validar los modelos numéricos con el comportamiento observado en la experimentación y analizar localmente los mecanismos de falla en el concreto y el tornillo.

Finalmente se realizaron comparaciones entre los comportamientos obtenidos de manera experimental y los obtenidos mediante la modelación numérica con respecto a los lineamientos estipulados en la normatividad actual (NSR-10) de las secciones compuestas con conectores de cortante tipo tornillo bajo las cargas a tracción.