In framed buildings, the application of high strength (HS) steel in composite beams is not only beneficial in reducing the self-weight of the structure, but the increased strength attribute of HS steel is also utilised because most of the steel section in composite beams is in tension and buckling is not an issue. Despite this, published research of HS steel–concrete composite beams is quite limited, and it is not yet considered in current national design standards. A three-dimensional finite element model is developed in this paper to investigate the bending behaviour of simply supported HS steel–concrete composite beams. Both geometric and material non-linear behaviour are taken into account. The numerical model is validated by using a number of existing experimental results, and then employed to undertake a parametric analysis. Forty beams with various steel grades and degrees of shear connection are modelled, and the results are compared with those obtained utilising current design standards. The bending strength, stiffness and slip at the interface are investigated, and the effects of the steel grade and degree of shear connection are elucidated. New design approaches are proposed in order to estimate the bending behaviour of simply supported composite beams with HS steel, providing more reliable and economical design solutions for such members

چکیده

در ساختمان های اسکلت دار، استفاده از فولاد با مقاومت بالا (HS) در تیرهای کامپوزیت نه تنها در کاهش وزن خود سازه سودمند است بلکه از افزایش مقاومت فولاد HS نیز بهره برداری می شود چون بیشتر قطعات فولاد در تیرهای کامپوزیت دستخوش تنش و نه کمانش هستند. با این حال، تحقیقات منتشر شده راجع به تیرهای کامپوزیت بتن-فولاد HS کاملا محدود بوده و هنوز در استانداردهای طراحی ملی فعلی  در نظر گرفته نشده اند. یک مدل المان محدود سه بعدی در این مقاله ارائه می شود که روی رفتار خمشی تیرهای کامپوزیت بتن-فولاد HS با پایه ساده تحقیق کرده است. هم رفتار غیرخطی ماده و هم رفتار هندسی در نظر گرفته می شوند. این مدل عددی با استفاده از چند نتیجه تجربی موجود اعتبارسنجی می شود و سپس برای انجام یک آنالیز پارامتری مورد استفاده قرار می گیرد. چهل تیر با درجه فولاد مختلف و درجات مختلف اتصال برشی مدلسازی شده اند و نتایج با داده های حاصل از به کارگیری استانداردهای طراحی فعلی مقایسه شده اند. مقاوت خمشی، سختی و لغزش در سطح مشترک بررسی شده اند و اثرات درجه فولاد و درجه اتصال برشی توضیح داده شده اند. رویکردهای طراحی جدیدی پیشنهاد می شوند تا رفتار خمشی تیرهای کامپوزیت با پایه ساده و فولاد HS برآورد شود و روش های مطمئن تر و مقرون به صرفه تری برای طراحی این قطعات ارائه گردند.

1-مقدمه

فولادهای ساختاری که مقاومت تسلیم ظاهری آنها بیش از 460 MPa است و معمولا به صورت فولاد مقاوم (HS) نشان داده می شوند، امروزه با استفاده از فناوری های متالورژی مدرن بطور گسترده تولید می شوند. در سالهای اخیر، تقاضای بیشتری در سراسر جهان برای فولادهای ساختاری با مقاومت بیشتر وجود داشته است و از این رو فولاد HS در بسیاری از سازه های پل و ساختمان به کار برده شده است (1-5). استفاده از فولاد HS به جای فولاد نرم با مقاومت کمتر می تواند اندازه قطعه را کاهش دهد و این خود وزن سازه را کاهش می دهد و فونداسیون ها را کوچکتر می سازد و می تواند مواد جوشکاری و لایه نشانی را نیز کمتر سازد. هزینه های ساخت پایین تر می آیند و طراحی ماندگارتری حاصل خواهد شد...