Öszvérszerkezetű slim-floor födémrendszer vizsgálata – analízis és méretezés (Investigation of composite slim-floor system – analysis and design)

Erre a témakiírásra nem lehet jelentkezni.
Nyilvántartási szám: 
19/11
Témavezető neve: 
Témavezető e-mail címe:
kovacs.nauzika@epito.bme.hu
A témavezető teljes publikációs listája az MTMT-ben:
A téma rövid leírása, a kidolgozandó feladat részletezése: 
 
Az öszvérszerkezetű slim-floor födémrendszer egy olyan szerkezettípus összefoglaló neve, mely esetén az acélgerenda nem a vasbeton lemez alatt helyezkedik el, mint a hagyományos öszvér födémek esetén, hanem az acélgerendát integráljuk (beágyazzuk) a vasbeton födémbe jelentősen csökkentve ezzel a födém szerkezeti vastagságát, gazdaságosabb és tűzvédelmi szempontból kedvezőbb kialakítást létrehozva [Alberto et al. 2019]. Slim-floor födémrendszerekben az acélgerenda és a vasbeton lemez összekapcsolására nyírt kapcsolóelemeket kell alkalmazni, melyek többek között, lehetnek a hagyományos födémeknél alkalmazott fejes csapok (függőleges vagy vízszintes helyzetben alkalmazva) vagy keresztirányú, az acélgerenda gerincén átmenő vasalás. Slim-floor födémek teherbírási és használhatósági határállapotainak [Lam et al. 2015], valamint a különböző nyírt kapcsolóelemeknek a vizsgálata [Leskela et al. 2018], [Braun 2019] a nemzetközi kutatás középpontjába került, azzal a céllal, hogy tervezési javaslatokat fogalmazzunk meg.
A PhD kutatás célja numerikus vizsgálatok elvégzése slim-floor födémgerendán kísérleti eredményekre támaszkodva: (i) BME Hidak és Szerkezetek Tanszéken korábban elvégzett kinyomókísérletek alapján a nyírt kapcsolatok viselkedésének a vizsgálata. (ii) a nemzetközi szakirodalomból kiválasztott gerendakísérlet(ek) alapján a különböző paraméterek (pl. beton és acél anyagminősége, acélgerenda szerkezeti méretei, vasalás kialakítása stb.) szerkezeti viselkedésére gyakorolt hatásának elemzése, azzal a céllal, hogy mechanikai modellt fejlesszünk a vizsgált kialakítású slim-floor gerendák tervezési módszerének megalapozására és végső célként tervezési módszert fejlesszük.
A PhD kutatás során az alábbi feladatokat kell elvégezni:
Szakirodalmi áttekintés: nemzetközi szakirodalom alapján foglalja össze a slim-foor födémrendszerek kutatási területeit. Ismerje meg a slim-floor rendszerek szerkezeti viselkedését és tönkremeneteli módjait, tanulmányozza a beágyazott nyírt kapcsolatok viselkedését.
Kísérleti programok és eredmények összefoglalása: a nemzetközi szakirodalomban található kísérleti programok és azok eredményeinek az összegyűjtése a cél, beleértve a BME Hidak és Szerkezetek Tanszéken korábban elvégzett kinyomó és gerenda kísérleteket, a szerkezetei viselkedés mélyebb megértése és a nyitott kérdések feltárására céljából teherbírási és használatósági határállapotok, valamint a nyírt kapcsolatok témakörében. A megfelelő slim-floor födémtípus kiválasztása (kísérleti eredményekkel megalapozott) további kutatás céljából.
Numerikus modell kidolgozása és verifikálása: a kiválasztott kísérleti programokra alapozva numerikus modellek kidolgozása, (i) nyírt kapcsolati modell kidolgozása kinyomó kíséreltek alapján verifikálva, (ii) vizsgálatok kiterjesztése elem szintű modellre gerenda kísérletekkel verifikálva. Paraméteres vizsgálatok elvégzése a verifikált végeselemes modelleken a szerkezeti paraméterek szerkezeti viselkedésre (teherbírás: hajlítás, nyírás, hajlítás és nyírás interakció; tönkremeneteli módok: pozitív és negatív nyomatéki zónában; nyírt kapcsolatok: ellenállás, megcsúszás, duktilitás) gyakorolt hatásának elemzése.
Tervezési módszer fejlesztése: a tervezői gyakorlatban alkalmazható méretezési eljárás fejlesztése a kísérletileg és numerikusan vizsgált szerkezeti kialakítású slim-floor gerendák esetén. A kidolgozott tervezési módszer alkalmazhatósági korlátainak meghatározása.
 
********
 
Composite slim-floor systems comprise a steel section embedded in a concrete slab, offering the advantages of a steel-concrete composite structure combined with a reduced floor depth, decreased costs and a better fire protection for the steel section [Alberto et al. 2019]. Different types of shear connections are used in slim-floor beams, such as headed studs (vertical and horizontal), transversal re-bars (concrete dowels). The analyses of ultimate- and serviceability limit states [Lam et al. 2015] and the behavior of the shear connections [Leskela et al. 2018], [Braun 2019] are in the main focus of researcher with the aim to develop design recommendation.
The aim of the PhD research is to perform numerical analysis of slim-floor system on the bases of experimental program: push-out test completed by the Department of Structural Engineering BME focusing to the behavior of shear connection; and full beam test selected from the international research program(s) focusing on the influence of structural parameter (material properties of steel and concrete, geometrical properties of beams, reinforcement, etc.) on the structural behavior with the final goal to develop mechanical model to use as bases for design method of the slim-floor beams.
In the PhD research the following tasks should be studied:
Literature review: based on international literature summarize the research work completed on the field of innovative slim-floor composite beams. Understand the structural behavior of slim-floors and analyze the failure modes of these type of beams with the focus on the embedded innovative shear connections.
Summary of experimental programs: complete research on experimental programs carried out by international researchers, including the experimental program completed at the Department of Structural Engineering BME with the aim to understand the structural behavior of slim-floor beams, find open questions to be solved on the field of ultimate- and serviceability limit states and shear connections. Select a certain slim-floor configuration (supported by experimental results) for further analytical studies.
Development and verification of numerical model: develop numerical model based on the results of the selected experimental tests, (i) shear connection model validated by the push-out tests and extend it for (ii) structural element model level validated by beam tests. Perform parametric analysis by the verified FE models to analyze the influence of structural parameters on the structural behavior: load bearing capacity (bending resistance, shear resistance, interaction of bending and shear), failure modes (sagging and hogging moment regions), shear connection (resistance, slip, ductility).
Development of design method: develop a design method of the experimentally and numerically analyzed innovative slim-floor beams applicable in design practice. Define the range of application for the recommended design method.
 
A téma meghatározó irodalma: 
1. Lam, D., Dai, X., Kuhlmann, U., Raichle, J., Braun, M. (2015). Slim-floor construction – design for ultimate limit state. JOURNAL OF STEEL CONSTRUCTION https://doi.org/10.1002/stco.201510019
2. Leskela, M. V., Peltonen, S., Obiala, R. (2015). Composite action in shallow floor beams with different shear connections. JOURNAL OF STEEL CONSTRUCTION 8(2) https://doi.org/10.1002/stco.201510014
3. Braun, M. (2018). Investigation of the load-bearing behavior of CoSFB-dowels. Doctoral thesis, University of Luxemburg. http://hdl.handle.net/10993/36873
4. Ahmed, I. M., Tsavdaridis, K. (2019). The evolution of composite flooring systems: applications, testing, modelling and eurocode design approaches. JOURNAL OF CONSTRUCTIONAL STEEL RESEARCH  155, pp. 286-300. https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2019.01.007
5. Alberto, V., Espinós, A., Serra, E., Romero, M. L., Hospitaler, A. (2019). Numerical study on the flexural behaviour of slim-floor beams with hollow core slabs at elevated temperature. JOURNAL OF ENGINEERING STRUCTURES, 180,PP. 561-573. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2018.11.061
 
A téma hazai és nemzetközi folyóiratai: 
1. Journal of Constructional Steel Research (ISSN: 0143-974X).
2. MAGÉSZ Acélszerkezetek (ISSN 1785-4822).
3. Engineering Structures (ISSN: 0141-0296).
4. Periodica Polytechnica-Civil Engineering (ISSN: 1587-3773).
5. Journal of Engineering Structures (ISSN: 0141-0296).
6. Beton- und Stahlbetonbau (ISSN: 1437-1006)
7. Stahlbau (ISSN: 1437-1049)
8. Journal of Structural Engineering (ISSN: 1943-541X)
 
A témavezető utóbbi tíz évben megjelent 5 legfontosabb publikációja: 
1. Jáger, B., Németh, G., Kovács, N., Kövesdi, B., Kachichian, M. (2018). Push-out tests on embedded shear connections for hybrid girders with trapezoidal web. 12th International Conference on Advances in Steel-Concrete Composite Structures (ASCCS 2018), Valencia, Spain, June 27-29.
2. Németh, G., Jáger B., Kovács N., Kövesdi B. (2018). Trapézlemez gerincű hibrid tartók beágyazott nyírt kapcsolatának vizsgálat. MAGÉSZ ACÉLSZERKEZETEK, XV(2-3), pp. 68-78.
3. Kovács, N., Calado, L., Dunai, L. (2008). Experimental and analytical studies on the cyclic behaviour of end-plate joints of composite structural element. JOURNAL OF CONSTRUCTIONAL STEEL RESEARCH,  64(2),  pp. 202-213.
4. Kovács, N., Kövesdi, B., Kachichian, M., Frank, M.F. (2017). Full scale test on steel-concrete composite beams - Investigation of innovative shear connectors, The online collection of conference papers in civil engineering: Eurosteel 2017, Kopenhagen, Ernst und Sohn, pp. 2100-2109.
5. Rózsás, Á., Kovács, N., Vigh, L.G., Sýkora, M. (2016): Climate change effects on structural reliability in the Carpathian region, IDŐJÁRÁS/QUARTERLY JOURNAL OF THE HUNGARIAN METEOROLOGICAL SERVICE, 120: pp. 103-125.
 
A témavezető fenti folyóiratokban megjelent 5 közleménye: 
1. Kovács, N., Calado, L., Dunai, L. (2004). Behaviour of bolted composite joints: Experimental study. JOURNAL OF CONSTRUCTIONAL STEEL RESEARCH 60(3-5), pp. 725-738.
2. Kovács, N., Calado, L., Dunai, L. (2008). Experimental and analytical studies on the cyclic behaviour of end-plate joints of composite structural element. JOURNAL OF CONSTRUCTIONAL STEEL RESEARCH,  64(2),  pp. 202-213.
3. Kővári Á., Kovács N. (2012). Preflex tartók gyártási építéstechnológiai és statikai kérdései. MAGÉSZ ACÉLSZERKEZETEK, IX(3), pp. 30-39.
4. Németh, G., Jáger B., Kovács N., Kövesdi B. (2018). Trapézlemez gerincű hibrid tartók beágyazott nyírt kapcsolatának vizsgálata. MAGÉSZ ACÉLSZERKEZETEK, XV(2-3), pp. 68-78.
5. Dunai, L., Kovács, N., Kövesdi, B. (2019). BridgeBeam – innovatív öszvér- és hibridgerendák fejlesztése. MAGÉSZ ACÉLSZERKEZETEK, XV(2), publikálásra elfogadva.
 
Hallgató: 

A témavezető eddigi doktoranduszai

Mefleh Wajdi (2019//)
Státusz: 
elfogadott