Laminated steel and concrete slab composite beam behavior using grade two shear connector screws

Comportamiento de vigas de sección compuesta con perfiles de acero laminado y losa de concreto empleando conectores de cortante tipo tornillo grado dos (2)

This paper reports using theoretical-experimental analysis for obtaining and characterising the design parameters governing steel and concrete slab composite beams’ behaviour using shear connector screws. Currently no research has been found about such behaviour and Colombian seismic-resistant regulations (NSR-98) have not yet defined such design; these types of connectors are most used in constructing composite sections in Colombia. The results of 36 experimental scale tests for 21MPa and 28MPa concrete strengths were taken for the analysis; each concrete strength had three screw diameters (Ø1/2 ", Ø5/8 " and Ø3/4 ") with 0.10m and 0.30m separations. This research also studied other effects such as slip caused by steel and connector profile deformation or deformation due to concrete degradation. Formulations were thus used which included connector slip and separation.  The article sets out a methodology for designing composite beams using shear connector screws. It also proposes a formulation for calculating connector shear strength, thereby obtaining almost 62% stud connector resistance when separation was 0.10m and an extra 13% for 0.30m separations in elastic parameters where 62% of theoretical effective inertia was obtained and 23% more composite beam average bending strength was found than that required by current regulations.

En el presente artículo, partiendo de un análisis teórico-experimental, se determinan y caracterizan los parámetros de diseño que  rigen el comportamiento de las vigas compuestas de perfiles de acero y losa de concreto empleando conectores de cortante tipo  tornillo, dado que para esta clase de conector no existe un estudio específico de su comportamiento, además en la actualidad  su diseño no está definido en las NSR-98, aunque es uno de los tipos de conectores más empleados en la construcción de secciones compuestas en Colombia. El análisis se desarrolló con base en los resultados de 36 ensayos experimentales a escala, para dos resistencias de concreto (f’c), 21MPa y 28MPa, cada resistencia de concreto con tres diámetros de tornillos, Ø1/2”, Ø5/8” y Ø3/4”, con dos tipos de separaciones de 0,10 m y de 0,30 m. En esta investigación se estudian, entre otros efectos, el deslizamiento producido tanto por la degradación del concreto como por las deformaciones en el perfil de acero y en los conectores, para ello se emplean formulaciones que involucran diversas variables como el deslizamiento y la separación de los conectores. Así mismo, en el estudio se plantea una metodología de diseño de vigas en sección compuesta con conectores de cortante tipo tornillo, donde se propone una formulación para el cálculo de la resistencia de los conectores de cortante, con la cual  se obtienen resistencias de los conectores del orden del 62% de las planteadas para los espigos cuando la separación es de  0,10 m y 13% mayores para las separaciones de 0,30 m, en los parámetros elásticos donde se obtienen inercias efectivas del  orden de 62% de las teóricas y en de resistencia a flexión de las vigas compuestas, las cuales mostraron una sobrerresistencia  promedio del 23% mayor de los valores nominales de la normatividad actual.