Experimental study of multi-ribbed one-way composite slabs made of steel fibre, foam, and normal concrete

• Autorzy: Wang Y. , Liu H. T. , Dou G. F. , Xi C. H. , Qian L.

Identyfikatory

DOI

10.2478/ace-2018-0018

Warianty tytułu

PL

Badanie doświadczalne wielorowkowej, jednokierunkowej płyty zespolonej wykonanej z włókna stalowego, pianki i zwykłego betonu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper aims to study the effect of reinforcement configuration (steel fibre and rebar) on the mechanical performance of composite slabs of the same total steel contents. We manufactured four pieces of full-scale multi-ribbed composite prefabricated slabs with different reinforcement configurations by using steel fibre-reinforced concrete, foam concrete, and normal concrete. The multi-ribbed composite prefabricated slab has many excellent properties, such as light weight, good thermal and sound insulation. Thus, it can be applied to fabricated structures. In addition, the composite prefabricated slabs with the same total steel contents but with different reinforcement configurations were studied under the same static load, and many technical indicators such as crack resistance capacity, yield load, ultimate load capacity, maximum deflection, destructive pattern, and stress of steel rebar were obtained. Results indicate reinforcement configuration has a significant effect on the mechanical performance of composite prefabricated slabs with the same total steel contents, and composite prefabricated slabs reinforced with longitudinal rebar and steel fibre (volume fraction is 1.5%) have the best mechanical performance and ductility.

PL

Dodanie włókna do betonu może zwiększyć odporność na pękanie, wytrzymałość na rozciąganie i sztywność. A zatem, beton zbrojony włóknem szklanym posiada wiele zastosowań inżynieryjnych jako rodzaj materiałów budowlanych, a ponadto istnieje wiele kodeksów zawierających wskazówki dotyczące jego konstrukcji. Beton zbrojony włóknem stalowym, otrzymywany poprzez dodanie losowo rozproszonego krótkiego włókna stalowego do betonu, jest rodzajem wieloskładnikowego materiału kompozytowego na bazie cementu. Ma dobre właściwości fizyczne i mechaniczne. Beton piankowy, który posiada wiele doskonałych właściwości, w tym lekkość i dobrą izolację termiczną, jest szeroko stosowany jako materiał ścienny, dachowy i podłogowy. Jednakże, ze względu na fakt, iż beton piankowy charakteryzuje się wysoką zdolnością pochłaniania wody, posiada słabą odporność na mrozy po wchłonięciu wody i może łatwo ulegać pęknięciu podczas cykli zamrażania i rozmrażania, co wpływa na funkcję i wygląd zewnętrzny budynku. Natomiast beton zbrojony włóknem stalowym charakteryzuje się dobrą odpornością na pękanie i nieprzepuszczalności. Dlatego też, łącząc zalety betonu zbrojonego włóknem stalowym (dobra nieprzepuszczalność) z wielorowkową strukturą (dobre właściwości mechaniczne), zaprojektowaliśmy nowy rodzaj wielorowkowej, prefabrykowanej płyty zespolonej. Celem niniejszej pracy jest zbadanie wpływu konfiguracji zbrojenia (włókna stalowego i pręta zbrojeniowego) na właściwości mechaniczne płyt zespolonych o takiej samej zawartości stali. Wyprodukowaliśmy cztery kawałki pełnowymiarowych, wielorowkowych, prefabrykowanych płyt zespolonych o różnych konfiguracjach zbrojenia, z wykorzystaniem betonu zbrojonego włóknem stalowym, betonu piankowego i zwykłego betonu. Wielorowkowa, zespolona, prefabrykowana płyta posiada wiele doskonałych właściwości, takich jak lekkość, dobra izolacja termiczna i akustyczna, itp. W związku z tym, może być ona stosowana na wytworzonej konstrukcji. Ponadto, zbadano zespolone, prefabrykowane płyty o takiej samej zawartości stali, lecz różnych konfiguracjach zbrojenia, pod takim samym obciążeniem statycznym i uzyskano wiele wskaźników technicznych, takich jak odporność na pękanie, obciążenie plastyczne, maksymalna nośność, maksymalne ugięcie, destrukcyjny wzór oraz naprężenie stalowych prętów zbrojeniowych. Wyniki pokazują, że konfiguracja zbrojenia ma znaczący wpływ na właściwości mechaniczne zespolonych, prefabrykowanych płyt o takiej samej zawartości stali, a zespolona, prefabrykowana płyta zbrojona podłużnym prętem zbrojeniowym i włóknem stalowym (ułamek objętościowy wynosi 1,5%) charakteryzuje się najlepszymi parametrami mechanicznymi i plastycznością.

Słowa kluczowe

EN

steel fibre; foam concrete; multi-ribbed slab; one-way slab; composite slab

PL

włókno stalowe; beton piankowy; płyta wielorowkowa; płyta jednokierunkowa; płyta zespolona

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 64, nr 2
• Strony: 79--96
• Opis fizyczny: Bibliogr. 33 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Wang Y.

• Jilin Jianzhu University, Jilin Structure and Earthquake Resistance Technology Innovation Center, Changchun, China

autor

Liu H. T.

• Jilin Jianzhu University, Jilin Structure and Earthquake Resistance Technology Innovation Center, Changchun, China

autor

Dou G. F.

• Jilin Jianzhu University, Jilin Structure and Earthquake Resistance Technology Innovation Center, Changchun, China

autor

Xi C. H.

• Jilin Jianzhu University, Jilin Structure and Earthquake Resistance Technology Innovation Center, Changchun, China

autor

Qian L.

• Jilin Jianzhu University, Jilin Structure and Earthquake Resistance Technology Innovation Center, Changchun, China

Bibliografia

• 1. di Prisco M., Plizzari G., Vandewalle L. Fibre reinforced concrete: new design perspectives. Mater Struct 2009;42(9):1261–81.
• 2. CECS 38:2004. Brief Introduction of Technical Specification for Fibre Reinforced Concrete Structures [S]. Beijing-China Planning Press 2004 (in chinese).
• 3. fib Bulletin 65, 2010. Model code 2010 – final draft, vol. 1; 2012. 350 pages. ISBN: 978-2-88394-105-2.
• 4. fib Bulletin 66, 2010. Model code 2010 – final draft, vol. 2; 2012. 370 pages. ISBN: 978-2-88394-106-9.
• 5. Smith Scott T., Hu Shenghua, Kim Seo Jin, Seracino Rudolf. FRP-strengthened RC slabs anchored with FRP anchors. Eng Struct 2011; 33(4):1075–87.
• 6. Sorelli L., Meda A., Plizzari G. Steel fibre concrete slabs on ground: a structural matter. ACI Struct J 2006;103(4):551–8.
• 7. RILEM TC 162-TDF. Test and design methods for steel fibre reinforced concrete-r-e design method: final recommendations. Mater Struct 2003;36:560-7.
• 8. Destrée X. Free suspended elevated flat slabs of steel fibre reinforced concrete:full scale tests and design. In: 7th international RILEM-symposium on fibre reinforced concrete, Chennai. p. 941–50
• 9. Belletti, B., Cerioni, R., Meda, A., and Plizzari, G. (2008). Design aspects on steel fibre-reinforced concrete pavements. J. Mater. Civ.Eng.,10.1061/(ASCE)0899-1561(2008)20:9(599),599-607.
• 10. RILEM. (2002). Tests and design methods for steel fibre reinforced concrete: Design of steel fibre reinforced concrete using the σ-w method: Principles and applications. Mater. Struct.35(5), 262–278.
• 11. RILEM. (2003). Test and design methods for steel fibre reinforced concrete-σ-ε design method-Final recommendation. Mater.Struct., 36(8), 560–567.
• 12. Pujadas, P., Blanco, A., Cavalaro, S., and Aguado, A. (2014b). Plastic fibres as the only reinforcement for flat suspended slabs: Experimental investigation and numerical simulation. Constr. Build. Mater.,57,92-104.
• 13. R. Al-Rousan, M. Issa, H. Shabila.Performance of reinforced concrete slabs strengthened with different types and configurations of CFRP. 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved. doi:10.1016/j.compositesb.2011.08.050
• 14. Elgabbas F., El-Ghandour A.A., Abdelrahman A.A., El-Dieb A.S. Different CFRP strengthening techniques for prestressed hollow core concrete slabs:experimental study and analytical investigation. Compos Struct 2010;92(2):401-11
• 15. Laranjeira F., Grünewald S., Walraven J., Blom C., Molins C., Aguado A. Characterization of the orientation profile of steel fibre reinforced concrete. Mater Struct 2011;44(6):1093-111
• 16. Ferrara L., Ozyurt N., di Prisco M. High mechanical performance of fibre reinforced cementitious composites: the role of "casting-flow induced" fibre orientation. Mater Struct 2011;44(1):109-28.
• 17. Luca Facconi , Fausto Minelli , Giovanni Plizzari. Steel fibre reinforced self-compacting concrete thin slabs – Experimental study and verification against Model Code 2010 provisions.Engineering Structures 122 (2016) 226–237
• 18. Yousheng Tao. Analysis on energy saving effect of aerated concrete building [J]. NEW BUILDING MATERIALS 2005(01) (in Chinese).
• 19. Zhouhong Zhang, Feng Liu, Lijuan Li, Yingqin Chen, Genyu Fan. The research and application of fibre reinforced concret [J]. NEW BUILDING MATERIALS 2003 (06) (in Chinese).
• 20. Michels J., Waldmann D., Maas S., Zürbes A. Steel fibres as only reinforcement for flat slab construction – experimental investigation and design. Constr Build Mater 2012;26(1):145-55. ISSN 0950-0618.
• 21. Michels J., Christen R., Waldmann D. Experimental and numerical investigation on postcracking behavior of steel fibre reinforced concrete. Eng FractMech 2013; 98:326-49. 98:326–49. http://dx.doi.org/10.1016/j.engfracmech.2012.11.004.
• 22. Destrée X. Free suspended elevated flat slabs of steel fibre reinforced concrete: full scale tests and design. In: 7th international RILEM-symposium on fibrereinforced concrete, Chennai. p. 941–50.
• 23. Mobasher B., Yao Y., Soranakom C. Analytical solutions for flexural design of hybrid steel fibre reinforced concrete beams. Eng Struct 2015;100:164-77.ISSN 0141-0296.
• 24. Chiaia B., Fantilli A., Vallini P. Combining fibre-reinforced concrete with traditional reinforcement in tunnel linings. Eng Struct 2009;31(7):1600-6
• 25. Pujadas P., Blanco A., De La Fuente A., Aguado A. Cracking behavior of FRC slabs with traditional reinforcement. Mater Struct/Mater Constr 2012;45(5):707-25.
• 26. Barros J.A.O., Taheri M., Salehian H. A model to simulate the moment-rotation and crack width of FRC members reinforced with longitudinal bars. Eng Struct 2015;100:43-56. http://dx.doi.org/10.1016/j.engstruct.2015.05.036. ISSN 0141-0296.
• 27. Alireza Gholamhoseini, Amir Khanlou,Gregory MacRae,Allan Scott, Stephen Hicks, Roberto Leon.An experimental study on strength and serviceability of reinforced and steel fibre reinforced concrete (SFRC) continuous composite slabs.Engineering Structures 114(2016)171-180.
• 28. GB/T 50152-2012. Stanard for test method of concrete structures [S]. Beijing: China Architecture & Building Press, 2012 (in Chinese).
• 29. GB 50010-2010. Code for design of concrete structures [S]. Beijing: China Architecture & Building Press, 2010 (in Chinese).
• 30. Chujie Jiao, Wei Sun, Peizheng Gao, Yun Zhou. Experimental study on mechanical performance of steel fibre reinforced concrete [J]. Journal of Guangzhou University (Natural Science Edition), 2005(04) (in Chinese)
• 31. Guarded hot plate apparatus method for determination of steady-state thermal resistance and related properties of thermal insulation materials. National standards of the People’s Republic of China. GB/T10294-2008/ISO 8302:1991.
• 32. Bo Yuan, Guangchuang Men. The design and thermal calculation of foam concrete sandwich panels [J]. Cryogenic building technology, 2015, 37 (11): 32-33.
• 33. Leilei Zhang, Wuxiang Wang. Research progress and application of foam concrete. [J]. building block and block building, 2010 (1): 38-42.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).