Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Non-Linear FE-Analysis of a Composite Action Girder with Coiled Spring Pins as Shear Connectors
Luleå University of Technology, Department of Civil, Environmental and Natural Resources Engineering.
2019 (English)Independent thesis Advanced level (professional degree), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

For bridges to cope with increased requirements such as increased loads, strengthening work can be carried out. In cases where older steel-concrete bridges do not have a composite action, an alternative is to create composite-action to achieve a higher flexural strength. It is introduced by post-installing shear connectors. There are many different alternatives of shear connectors that can be used, hence a number that can be installed from below the bridge to minimize the impact on the traffic. Coiled Spring Pins are of the interference fit type connector and are put in place from below the bridge by first drilling a hole upward through the upper steel flange and then into the concrete slab. Then, the spiral bolt is pushed up into the drilled hole by means of a hydraulic hammer.

Using data from push-out tests and non-linear material models for steel and concrete, a non-linear finite element analysis was created using the commercial finite element software Abaqus. The analysis is based on dimensions and load cases that will mimic a planned full-scale beam test that will be carried out later in 2019. To verify that the material and the model behave in a realistic manner, an analysis was initially performed on a beam without composite-action, and a full-composite action beam with infinitely rigid connectors. These were then compared with hand calculations according to Eurocode.

When the material models were verified, it is seen that the materials steel and concrete work for themselves in the analysis without composite-action and together in the analysis with full composite-action. The data for the spiral bolts is than defined instead of infinitely rigid connectors and new analyzes were performed to see the effect of the coiled spring pins properties.

The results show that a significant increase in the point load in the middle of the beam can take place before failure occurs after installation of this type of shear connector. Already at a low number of connectors and a low shear connection-ratio, a significant increase in the flexural strength is seen in the beam.

By using partial-composite action, with a lower number of spiral bolts, a significant higher flexural strength can be achieved in an economical way.

Abstract [sv]

När kraven på att broar ska klara av ökade laster, kan förstärkningsarbeten utföras. I de fall där äldre stål-betongbroar saknar samverkanseffekt, är det ett alternativ att inför samverkan för att uppnå en högre böj-hållfastighet. Det införs genom att man installerar skjuvförbindare i efterhand. Det finns många olika alternativ av skjuvförbindare som kan användas, därav ett antal som går att installera underifrån bron för att minimera påverkan på trafiken. Spiralbultar (Coiled Spring Pins) är av typen presspassnings-förbindare och sätts på plats underifrån bron genom att det först borras ett hål uppåt genom övre stålflänsen och sedan upp i betongplattan. Därefter pressas spiralbulten upp i det borrade hålet med hjälp av en hydraulisk hammare.

Med hjälp av data ifrån push-out-tester samt icke-linjära material modeller för stål och betong, skapades en icke-linjär analys i det finita element metods programmet Abaqus. Analysen är uppbyggd med dimensioner och lastfall som ska efterlikna ett planerat full-skaligt balktest som kommer utföras under 2019. För att verifiera att materialet och modellen beter sig realistiskt, utförs en analys på en balk utan samverkan, samt en full-samverkans balk med oändligt styva förbindare. Dessa jämförs sedan med handberäkningar enligt Eurokod.

När materialmodellerna var verifierade sågs det att materialen stål och betong arbetar för sig själva i analysen utan samverkan och tillsammans i analysen med full-samverkan. Data för spiralbultarna lades sedan in istället för oändligt styva förbindare och nya analyser utförs för att se påverkan av spiralbultarnas egenskaper.

Resultaten visade att en betydande ökning av punklasten i mitten av balken kan ske innan brott uppstår vid installation i efterhand av denna typen skjuvförbindare. Redan vid ett lågt antal förbindare och ett lågt skjuv-förhållande ses en betydande ökning av böj-hållfastigheten i balken.

Genom att använda delvis-samverkan med ett lägre antal spiralbultar kan man på ett ekonomiskt sätt uppnå en betydligt högre böj-hållfasthet.

Place, publisher, year, edition, pages
2019. , p. 44
Keywords [en]
composite bridge, composite action, shear connector, coiled spring pins, finite element modeling
Keywords [sv]
samverkansbro, samverkan, skjuvförbindare, spiralbult, finita element modellering
National Category
Infrastructure Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:ltu:diva-74008OAI: oai:DiVA.org:ltu-74008DiVA, id: diva2:1317473
Subject / course
Student thesis, at least 30 credits
Educational program
Civil Engineering, master's level
Supervisors
Examiners
Available from: 2019-05-29 Created: 2019-05-22 Last updated: 2019-08-22Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(2019 kB)63 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 2019 kBChecksum SHA-512
bd903656e61d5b02c8abb8b60e90a9da0c4e82f5f3c01be8bb05c7aec920f00ab23578ba5872363ce4d4c012f78a8404cb8847359fe3043101f5698a1cf856ed
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Department of Civil, Environmental and Natural Resources Engineering
Infrastructure Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 63 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 215 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf