Hybrid effects of stirrup ratio and steel fibers on shear behaviour of self-compacting concrete

• Autorzy: Kannam P. , Venkateswara Rao S. , Pancharathi R. K.

Identyfikatory

DOI

10.2478/ace-2018-0010

Warianty tytułu

PL

Hybrydowy wpływ stosunku strzemion i włókien stalowych na ścinanie betonu samozagęszczalnego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Shear cracking behaviour of fibrous self-compacting concrete of normal and high strength grade (M30 and M70) is presented here. Two stirrup diameters (6mm Φ and 8 mm Φ) with a constant steel fiber content of 38 kg/m3 (0.5% by volume of concrete) were selected for the present study. The size of the beam was fixed at 100x200x1200mm. The clear span of the beam 1100mm, was maintained throughout the study. A total of 16 shear-deficient beams were tested under three point loading. Two stirrup spacing (180 mm and 360 mm) are used for the shear span-to-depth ratio (a/d = 2). Investigation indicates that initial cracking load and ultimate load increased as the area of shear reinforcement increased by increasing the diameter of stirrup. It was also noted that the failure mode was modified from brittle shear failure to flexural-shear failure in the presence of fibers. The mechanical behaviour of SFRSCC was improved due to the combined effect of stirrups and steel fibers. The stiffness, toughness, and deflection of the beams increased when compared to SCC beams without fibers. The experimental results were compared with existing models available in literature, and the correlation is satisfactory.

PL

Spośród wszystkich rodzajów uszkodzeń betonu, ścinanie jest nagłe i kruche i pojawia się gwałtownie, bez ostrzeżenia. Aby uniknąć tego rodzaju problemów z betonem, belki są tradycyjnie wzmacniane za pomocą strzemion, w bliższej odległości od konstrukcji. Ograniczone rozmieszczenie prętów zbrojeniowych i strzemion na elementach wykonanych z betonu zbrojonego (RC), takich jak słupy, belki i płyty, utrudnia zagęszczanie betonu w każdym miejscu w szalunku za pomocą wibratorów mechanicznych. Pustki i makropory wewnątrz betonu powstają w wyniku nieodpowiednich drgań, a zatem zagęszczenie może wpływać na wytrzymałość mechaniczną i trwałość betonu, a także stać się możliwą przyczyną pogorszenia jego jakości. Beton konwencjonalny stosowany w budownictwie i inżynierii lądowej wymaga zagęszczania w celu uzyskania wytrzymałości, trwałości i konsystencji. Ta klasyczna metoda zagęszczania i drgań powoduje zakłócenia i dodatkowe koszty dla projektów, a ponadto stanowi poważne zagrożenie dla zdrowia na i w okolicach placu budowy. Beton samozagęszczalny (SCC), jak sama nazwa wskazuje, nie wymaga zewnętrznego wysiłku przy zagęszczaniu. Jest to dobrze przemyślane rozwiązanie, mające na celu pozbycie się powyższego problemu. Ze względu na wyżej opisaną właściwość, nie potrzeba drgań, a więc nie powstają również zanieczyszczenia hałasem, zmniejszają się koszty robocizny i beton może być zagęszczany w każdym miejscu szalunku, bez jakiejkolwiek znaczącej segregacji, przeważnie w zatkanych wzmocnieniach. W niniejszej pracy przedstawiono charakterystykę pękania przy ścinaniu włóknistego betonu samozagęszczalnego o normalnym i wysokim stopniu wytrzymałości (M30 i M70). W niniejszej pracy zastosowano dwie średnice strzemion (6 mm i 8 mm) o stałej zawartości włókien stalowych wynoszącej 38 kg/m3 (0.5% objętości betonu). Rozmiar belki został ustalony na 100 x 200 x 1200 mm. Przez cały okres trwania badania utrzymywano rozstaw belek wynoszący 1100 mm. Łącznie zbadano 16 belek z niedostatnim ścinaniem przy obciążeniu trzypunktowym. Dwa rozstawy strzemion (180 mm i 360 mm) są stosowane dla stosunku ścinania do głębokości (a/d = 2). Badanie wykazało, że początkowe obciążenie przy pękaniu oraz końcowe obciążenie wzrosły wraz ze wzrostem średnicy strzemienia. Zauwaono również, ze tryb awaryjny zmienił sie z kruchego ścinania na scinanie spowodowane zginaniem przy obecności włókien. Zachowanie mechaniczne SFRSCC uległo poprawie w wyniku połączonego efektu działania strzemion i włókien stalowych. Sztywność, wytrzymałość i ugięcie belek wzrosły w porównaniu do belek SCC bez włókien. Wyniki eksperymentalne zostały porównane z istniejącymi modelami dostępnymi w literaturze, a korelacja okazała się być zadowalająca.

Słowa kluczowe

EN

self compacting concrete; shear strength; reinforced concrete; flexural-shear failure; stirrup; steel fiber

PL

beton samozagęszczalny; wytrzymałość na ścinanie; beton zbrojony; ścinanie spowodowane zginaniem; strzemiono; włókno stalowe

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 64, nr 1
• Strony: 145--169
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Kannam P.

• Department of Civil Engineering, National Institute of Technology, Warangal, India

autor

Venkateswara Rao S.

• Department of Civil Engineering, National Institute of Technology, Warangal, India

autor

Pancharathi R. K.

• Department of Civil Engineering, National Institute of Technology, Warangal, India

Bibliografia

• 1. Narayanan, R., Darwish, I.Y.S.: Use of steel fibers as shear reinforcement. ACI Structural Journal, 84, 216–227, (1987).
• 2. Cucchiara C, Mendola LL, Papia M.: Effectiveness of stirrups and steel fibres as shear reinforcement. Cement Concrete Composites, 26, 777–786, (2004).
• 3. Kwak YK, Eberhard M, Kim WS, Kim J.: “Shear strength of steel fibre-reinforced concrete beams without stirrups”. ACI Structural Journal, 99(4), 530–537 (2002).
• 4. Yining Ding, Zhiguo You and Said Jalali.: “The composite effect of steel fibres and stirrups on the shear behaviour of beams using self-consolidating concrete”. Engineering Structures, 33,107–117, (2011).
• 5. Kim KS, Lee DH, Hwang J H and Kuchma DA.: “Shear behaviour model for steel fiber reinforced concrete members without transverse reinforcements”. Engineering Composites, Part B, Elsevier Publications, 43(5), 2324-2334, (2012).
• 6. Greenough T, Nehdi M.: Shear behaviour of fibre-reinforced self-consolidating concrete slender beams. ACI Material Journal, 105(5), 468–477, (2008).
• 7. Tiberti G, Minelli F, Plizzari G A and Vecchio F J.: “Influence of concrete strength on crack development in SFRC members”. Cement Concrete Composites, 45, 176-185, (2014).
• 8. Cuenca E, Oviedo E J and Serna P.: “Influence of concrete matrix and type of fiber on the shear behaviour of selfcompacting fiber reinforced concrete beams”. Cement and Concrete Composites, Part B, 75, 135-147, (2015).
• 9. IS: 12269 – 2013: “Indian Standard Ordinary Portland Cement, 53 Grade – Specification”, Bureau of Indian Standards, New Delhi, (2013).
• 10. IS: 3812 (Part-1) – 2003: “Indian Standard Pulverized Fuel Ash – Specification, Part-1: For Use as Pozzolana in Cement, Cement Mortar and Concrete”, Bureau of Indian Standards, New Delhi, (2003).
• 11. IS: 383 – 1970 (Reaffirmed 2002): “Indian Standard Specification for Coarse and Fine Aggregates from Natural Sources for Concrete”, Bureau of Indian Standards, New Delhi, (2002).
• 12. IS: 5388-2003: “Specification for use silica fume as mineral admixture in cement concrete”, Bureau of Indian Standards, New Delhi.
• 13. ASTM C494 / C494M-13: “Standard Specification for Chemical Admixtures for Concrete”, ASTM International, West Conshohocken, PA, USA, (2013).
• 14. ASTM A820-01: “Standard Specification for use Steel Fibers for Fiber-Reinforced Concrete”. ASTM International, West Conshohocken, PA, USA, (2001).
• 15. IS: 1786 – 2008: “Indian Standard High Strength Deformed Steel Bars and Wires for Concrete Reinforcement- Specification”, Bureau of Indian Standards, New Delhi (2008).
• 16. Tomasz Ponikiewski and Grzegorz Cygan.: “Some properties of self-compacting concretes reinforced with steel fibres”, Cement Wapno Beton, 203-209, (2011).
• 17. S Venkateswara Rao, Seshagiri Rao, D Ramaseshu and P Rathish Kumar.: “Self-Compacting Concrete – A rational mix design”, Cement Wapno Beton, CWB-5/2013, pp. 271-280, (2013).
• 18. EFNARC Specification and Guidelines for Self-compacting Concrete. (2005)
• 19. IS: 516- 1959 (Reaffirmed 2004): “Indian Standard Methods of Tests for Strength of Concrete”, Bureau of Indian Standards, New Delhi, (2006)
• 20. Russo G, Somma G, Angeli P.: “Design shear strength formula for high strength concrete beams”. Material Structural, 37, 680–688, (2004).
• 21. Ta’an A, Feel A.: Evaluation of shear strength of fibre reinforced concrete beams. Cement Concrete Composites, 12 (2), 87–94, (1990).
• 22. Swamy RN, Jones R, and Chiam ATP.: “Influence of steel fibres on the shear resistance of lightweight concrete Tbeams”. ACI Structural Journal, 90(1), 103–114, (1993).
• 23. Lim DH, Oh BH.: Experimental and theoretical investigation on the shear of steel fibre reinforced concrete beams. Engineering Structural, 21, 937–944, (1999).
• 24. China Association for Engineering Construction Standardization: Technical Specification for Fibre Reinforced Concrete Structure, 38, (2004)
• 25. ACI Committee 318. Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318-14) and Commentary (318R-14): American Concrete Institute; (2014).
• 26. Eurocode 2 – EN 1992-1-1:2004. Design of Concrete Structures. Part 1: General Rules and Rules for Buildings, IN, Brussels, December 2004, p. 215

Uwagi

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