Composite dowels as shear connectors for composite beams – Background to the design concept for static loading

Abstract Composite dowels are known as powerful shear connectors in steel-concrete-composite girders. More and more they are used in practice, especially for prefabricated composite bridges. Compared to headed studs they provide an increased strength. They also show a good deformation capacity even in high strength concrete. Furthermore, the application in steel sections without upper flange is very simple. Nevertheless, missing standards for composite dowels with the economic clothoidal and puzzle shape have led to hesitations in application which is often due to delays in the approval process. Hence, the aim of the finished German research project P804 funded by FOSTA – Research Association for Steel Application was to solve open questions concerning these innovative shear connectors and to prepare a general technical approval [ 1 ] available for any design office or construction company. Since May 2013 the composite dowels with clothoidal and puzzle shape are regulated in the technical approval. This paper presents the background information to the derived technical rules for ultimate limit state, structural design principles and instructions for production and construction and provides further background information.

[1]  M. Classen,et al.  Shear behaviour of composite dowels in transversely cracked concrete , 2015 .

[2]  M. Classen,et al.  Puzzle-shaped rib shear connectors subjected to combined shear and tension , 2018, Journal of Constructional Steel Research.

[3]  M. Classen,et al.  Shear Tests on Composite Dowel Rib Connectors in Cracked Concrete , 2018 .

[4]  Günter Seidl,et al.  Zum Tragverhalten von Verbunddübeln — Teil 2: Ermüdungsverhalten , 2011 .

[5]  Josef Hegger,et al.  Ausstanzmodell mit Rissreibung für Verbunddübelleisten im gerissenen Beton , 2017 .

[6]  Günter Seidl,et al.  Eisenbahnüberführung Simmerbach – Pilotprojekt in VFT‐Rail‐Bauweise mit externer Bewehrung , 2012 .

[7]  M. Classen.  Limitations on the use of partial shear connection in composite beams with steel T-sections and uniformly spaced rib shear connectors , 2018 .

[8]  Martin Claßen,et al.  Concrete fatigue in composite dowels , 2016 .

[9]  Martin Claßen,et al.  Ermüdung von Verbunddübelleisten in UHPC unter zyklischer Pull‐out‐Beanspruchung , 2015 .

[10]  Anton Braun,et al.  VFT-WIB-Brcke bei Vigaun - Verbundbrcke mit externer Bewehrung , 2009 .

[11]  Josef Hegger,et al.  Zug‐Schub‐Interaktion von puzzleförmigen Verbunddübelleisten , 2017 .

[12]  Josef Hegger,et al.  Neue Untersuchungen zum Ermüdungsverhalten von Verbundträgern aus hochfesten Werkstoffen mit Kopfbolzendübeln und Puzzleleiste , 2007 .

[13]  Edward Petzek,et al.  Innovative composite overpasses on the Romanian A1 motorway , 2015 .

[14]  Robert Wagner.  Untersuchungen zum Verbundverhalten von Betondübeln in vorwiegend ruhend und nicht ruhend beanspruchten Konstruktionen , 2011 .

[15]  Martin Classen,et al.  Anchorage of composite dowels in UHPC under fatigue loading , 2016 .

[16]  Peter Schaumann,et al.  Entwicklung einer integrierten Verbunddecke für nachhaltige Stahlbauten , 2013 .

[17]  Ingbert Mangerig,et al.  Zum Einsatz von Betondübeln im Verbundbau (Teil 2) – Nichtruhende Beanspruchung , 2011 .

[18]  Wojciech Lorenc,et al.  The behaviour of puzzle-shaped composite dowels — Part II: Theoretical investigations , 2014 .

[19]  Günter Seidl,et al.  Zur Grenztragfähigkeit von Verbunddübeln mit Klothoidenform , 2013 .

[20]  Josef Hegger,et al.  Einfluss von Querrissen auf das Schubtragverhalten von Verbunddübelleisten in schlanken Betongurten , 2014 .

[21]  Martin Herbrand,et al.  Dübelkennlinien von Verbunddübelleisten mit Stahlversagen , 2017 .

[22]  M. Classen,et al.  Assessing the pry-out resistance of open rib shear connectors in cracked concrete – Engineering model with aggregate interlock , 2017 .

[23]  Wolfgang Kurz,et al.  Tragverhalten randnaher Betondübel unter Längsschubbeanspruchung , 2013 .

[24]  Wojciech Lorenc,et al.  Verbundbrücke bei Elbląg: Weiterentwicklung der VFT-WIB-Bauweise , 2017 .

[25]  H.-P. Andrä,et al.  Neues, vorteilhaftes Verbundmittel für Stahlverbund‐Tragwerke mit hoher Dauerfestigkeit. , 1987 .

[26]  Josef Hegger,et al.  Verankerungsverhalten von Verbunddübelleisten in schlanken Betongurten , 2014 .

[27]  Edward Petzek,et al.  Romanian projects and integral bridge solutions based on composite dowels , 2016 .

[28]  Oliver Fischer,et al.  Structural behaviour of composite dowels in thin UHPC elements , 2016 .

[29]  Martin Claßen,et al.  Ermüdung von Verbundkonstruktionen mit Verbunddübelleisten (lokales Tragverhalten) , 2015 .

[30]  Pavel Simon,et al.  A composite dowel bridge in the Czech Republic , 2016 .

[31]  Günter Seidl,et al.  Zum Tragverhalten von Verbunddübeln – Teil 1: Tragverhalten unter statischer Belastung , 2011 .

[32]  Dieter Ungermann,et al.  Hot‐dip galvanized composite dowel strips , 2016 .

[33]  Günter Seidl,et al.  Verbundbrücke Pöcking – Innovative VFT‐Träger mit Betondübeln , 2004 .

[34]  P. H. Feenstra,et al.  A composite plasticity model for concrete , 1996 .

[35]  Günter Seidl,et al.  Eisenbahnüberführung Simmerbach – Feldmessungen der Verbunddübel und der Schienenstützpunkte am VFT-Rail-Träger , 2012 .

[36]  Josef Hegger,et al.  Verbundträger mit Puzzleleisten und hochfesten Werkstoffen , 2012 .

[37]  Markus Feldmann,et al.  Multifunktionale Verbunddecke mit integrierter Gebäudetechnik : Untersuchungen zum Trag- und Erwärmungsverhalten zur thermischen Leistungsfähigkeit und Nachhaltigkeit , 2014 .

[38]  Martin Mensinger,et al.  Anchorage of external reinforcement in the case of rigid clamping , 2016 .

[39]  Markus Feldmann,et al.  Effects of transverse tension load on the static capacity and fatigue resistance of composite dowels , 2016 .

[40]  Josef Hegger,et al.  Modelle für das nichtlineare Verformungsverhalten von Verbunddübelleisten mit Ausstanzversagen , 2017 .

[41]  Josef Hegger,et al.  Ausstanzen von Verbunddübelleisten im gerissenen Beton , 2017 .

[42]  M. Classen,et al.  Shear-slip behaviour and ductility of composite dowel connectors with pry-out failure , 2017 .

[43]  Wojciech Lorenc,et al.  The behaviour of puzzle-shaped composite dowels — Part I: Experimental study , 2014 .

[44]  Josef Hegger,et al.  Anchorage of composite dowels , 2016 .