Application of a new theory of restraint factor after cracking of reinforced concrete members

• Autorzy: Zych Mariusz

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2023.144168

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie nowej teorii współczynnika skrępowania po zarysowaniu elementów żelbetowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

A detailed tie model of cracking is proposed. The model is dedicated to both semi-massive RC (reinforcement concrete) members subjected to early-age imposed strains and non-massive members in which imposed strains occur after concrete hardening. As distinct from the currently applied European guidelines, the proposed model enables an analysis of crack width changes. These are a function of progressive imposed strain, material and geometry data, but also depend on the scale of cracking which determines the strain conditions of a member. Consequently, the new model takes account of not only the factors determining the cracking development but also the member relaxation effect that results from cracking. For this reason a new definition of restraint factor is proposed, which takes into account the range of cracking of a structural member, i.e. the number and width of cracks. Parametric analyses were performed of both the changes of the degree of restraint after cracking as well as the changes of crack width depending on the adopted type of aggregate, class of concrete and the coefficient of thermal expansion of concrete. These analyses indicate the potential benefits of the application of the presented model for both a more accurate interpretation of research and economical design of engineering structures.

PL

W artykule przedstawiono uszczegółowioną propozycję modelu zarysowania elementów prętowych. Model ten dedykowany jest zarówno do średnio-masywnych elementów żelbetowych poddanych wczesnym odkształceniom wymuszonym oraz do niemasywnych elementów, w których odkształcenia wymuszone występują po stwardnieniu betonu. W odróżnieniu od obecnie stosowanych europejskich wytycznych zaproponowany model umożliwia przeprowadzenie analizy zmian szerokości rys. Zmiany te są funkcją postępującego odkształcenia wymuszonego, danych materiałowych i geometrycznych, ale zależą również od skali zarysowania, która determinuje warunki skrępowania elementu. Zdefiniowano spadek siły rozciągającej po zarysowaniu, który jest podstawą do wyznaczenia wielkości dalszego odkształcenia wymuszonego niezbędnego do powstania kolejnego zarysowania elementu. Daje to również podstawę do określenia finalnej skali zarysowania elementu. Odprężenie po każdorazowym zarysowaniu powoduje również okresowe zmniejszenie szerokości rys, do czasu pojawienia się kolejnego przyrostu skrępowanej części odkształcenia wymuszonego. W modelu uwzględniono, że spadek siły rozciągającej oraz spadek szerokości rysy jest zjawiskiem sprzężonym, przez co konieczne było rozwiązanie układu równań składającego się z dwóch zależności. Pierwsza opisuje aktualną szerokość rysy, z uwzględnieniem pewnego spadku siły rozciągającej.

Słowa kluczowe

EN

crack width; restraint degree; imposed deformation; standard; thermal cracking; shrinkage cracking; reinforced concrete member

PL

norma; odkształcenie wymuszone; stopień skrępowania; szerokość rysy; zarysowanie termiczne; zarysowanie skurczowe; element żelbetowy

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2023
• Tom: Vol. 69, nr 1
• Strony: 197--212
• Opis fizyczny: Bibliogr. 29 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Zych Mariusz

• Cracow University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Cracow, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-1890-9891

Bibliografia

• [1] L. Gou, “Formation of temperature cracks of concrete in high-rise buildings and the corresponding measures”, Archives of Civil Engineering, vol. 65, no. 4, pp. 177-188, 2019, DOI: 10.2478/ace-2019-0053.
• [2] A. Halicka and D. Franczak-Balmas, “Early age concrete volume changes and thermal actions in practice of reinforced concrete liquid tanks design”, Archives of Civil Engineering, vol. 66, no. 4, pp. 661-674, 2020, DOI: 10.24425/ace.2020.135243.
• [3] W. Kiernożycki, Concrete massive structures. Kraków: Polski Cement, 2003.
• [4] Z. Giergiczny, M. Batog, and D. Dziuk, “The role of concrete constituents in formation of mass concrete properties”, in Proceedings of the IX Konferencja Dni Betonu, 10-12, Oct. 2016. Wisła: Polish Cement Association, 2016, pp. 1-15.
• [5] A. Jędrzejewska, F. Kanavaris, M. Zych, D. Schlicke, and M. Azenha, “Experiences on early age cracking of wall-on-slab concrete structures”, Structures, vol. 27, pp. 2520-2549, 2020, DOI: 10.1016/j.istruc.2020.06.013.
• [6] W. Buczkowski, A. Szymczak-Graczyk, and Z. Walczak, “Experimental validation of numerical static calculations for a monolithic rectangular tank with walls of trapezoidal cross-section”, Bulletin of the Polish Academy of Sciences: Technical Sciences, vol. 65, no. 6, pp. 799-804, 2017, DOI: 10.1515/bpasts-2017-0088.
• [7] P. M. Lewiński, “Accuracy assessment of linear elasticity solution for interaction of cylindrical tank with subsoil”, Bulletin of the Polish Academy of Sciences: Technical Sciences, vol. 69, no. 1, pp. 1-7, 2021, DOI: 10.24425/bpasts.2021.136039.
• [8] P. M. Lewiński and M. Rak, “Soil-structure interaction of cylindrical tank of variable wall thickness under the constant thermal loading”, Archives of Civil Engineering, vol. 66, no. 4, pp. 269-285, 2020, DOI: 10.24425/ace.2020.135221.
• [9] J. Gołaszewski and M. Gołaszewska, “The effect of shrinkage reducing admixture and expansive admixture on properties of mortars with Portland and slag cement”, Archives of Civil Engineering, vol. 68, no. 2, pp. 337-353, 2022, DOI: 10.24425/ace.2022.140646.
• [10] M. Kurpińska and A. Wcisło, “Assessment of the application of CEM III with exposed aggregate as an alternative to CEM I for road pavements”, Archives of Civil Engineering, vol. 68, no. 2, pp. 461-481, 2022, DOI: 10.24425/ace.2022.140653.
• [11] BS EN 1992-1-1:2004+A1:2014 Eurocode 2: Design of concrete structures. Part 1-1: General rules and rules for buildings. Belgium, CEN, 2004.
• [12] M. Knauff, B. Grzeszykowski, A. Golubińska, “Minimum reinforcement for crack width control in RC tensile elements”, Archives of Civil Engineering, vol. 65, no. 1, pp. 111-128, 2019, DOI: 10.2478/ace-2019-0008.
• [13] EN 1992-3: Eurocode 2 - Design of concrete structures - Part 3: Liquid retaining and containing structures. Belgium, CEN, 2006.
• [14] P. Bamforth, Control of cracking caused by restrained deformation in concrete. London: CIRIA C766, 2018.
• [15] prEN 1992-1-1 ver 2021-09 [Draft], Eurocode 2, Design of concrete structures. Part 1-1: General rules - Rules for buildings, bridges and civil engineering structures. Belgium, CEN, 2021.
• [16] ACI 207.2R-95. Effect of restraint, volume change and reinforcement on cracking of mass concrete. ACI Committee 207, USA, 1995.
• [17] Guidelines for control of cracking of mass concrete. Tokyo, JCI, 2008.
• [18] Standard specifications for concrete structures - Design. Tokyo, Japan Society of Civil Engineers, 2010.
• [19] A. Jędrzejewska and M. Zych, “Stopień zewnetrznego skrępowania odkształceń wymuszonych w świetle prEN 1992-1-1”, Inżynieria i Budownictwo, no. 11-12, pp. 553-561, 2021.
• [20] Technical Committee on thermal stress of massive concrete structures. Technical Committee Report, Tokyo, 1985.
• [21] M. Al-Gburi, “Restraint in structures with young concrete - tools and estimations for practical use”, PhD thesis, Lulea University of Technology, Lulea, 2014.
• [22] M. Nilsson, “Restraint factors and partial coefficients for crack risk analyses of early age concrete structures”, PhD thesis, Lulea University of Technology, Lulea, 2003.
• [23] A. Knoppik-Wróbel and B. Klemczak, “Degree of restraint concept in analysis of early-age stresses in concrete walls”, Engineering Structures, vol. 102, pp. 369-386, 2015, DOI: 10.1016/j.engstruct.2015.08.025.
• [24] M. Zych, “Degree of external restraint of wall segments in semi-massive reinforced concrete tanks: Part II: Rectangular and cylindrical segments”, Structural Concrete, vol. 19, no. 3, pp. 829-838, 2018, DOI: 10.1002/suco.201700037.
• [25] G. F. Kheder, R. S. Al-Rawi, and J. K. Al-Dhahi, “A study of the behaviour of volume change cracking in base restrained concrete walls”, Materials and Structures, vol. 27, pp. 383-392, 1994, DOI: 10.1007/BF02473441.
• [26] D. Schlicke, K. Hofer, and V. T. Nguyen, “Adjustable Restraining Frames for Systematic Investigation of Cracking Risk and Crack Formation in Reinforced Concrete Under Restrained Conditions”, in: Advanced Techniques for Testing of Cement-Based Materials, vol. 2, M. Serdar, et al., Eds. Springer, 2020, pp. 211-239, DOI: 10.1007/978-3-030-39738-8_7.
• [27] K. Flaga, Naprężenia skurczowe i zbrojenie przypowierzchniowe w konstrukcjach betonowych. Kraków: Politechnika Krakowska, 2011.
• [28] Z. P. Bažant, “Prediction of concrete creep effects using age-adjusted effective modulus method”, ACI Journal Proceedings, vol. 69, no. 20, pp. 212-217, 1972, DOI: 10.14359/11265.
• [29] S. G. Bergström and J. Byfors, “Properties of concrete at early ages”, Matériaux et Construction, vol. 13, no. 3, pp. 265-274, 1980, DOI: 10.1007/BF02473566.