Shear resistance of low height precast concrete lintels

• Autorzy: Ambroziak A. , Kondrat J. , Wesołowski M.

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2020.134416

Warianty tytułu

PL

Odporność na ścinanie prefabrykowanych nadproży o niskiej wysokości

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The scope of the paper is to investigate analytically and determine experimentally the shear resistance of low height reinforced precast concrete lintels. The chosen procedures included in national and international standards applied for the design of structural concrete elements to an estimation of shear behaviour of reinforced concrete elements are described. The characteristic and designed shear strength of precast concrete lintels are determined and compared with experimentally obtained results. The shear resistance for precast concrete lintels was determined by laboratory tests according to a European standard. The assessment of the in-situ compressive strength of concrete in precast concrete lintel is specified. The designed compressive strength class is confirmed. The real reinforcement distribution is verified to assess the wide scatter of experimentally obtained failure forces. A short literature outlook of the papers concerning investigations on lintels and shear resistance of concrete is given also. The paper can provide scientists, engineers, and designers a theoretical and experimental basis in the field of precast concrete lintels shear resistance.

PL

Celem artykułu jest weryfikacja i określenie oporności na ścinanie prefabrykowanych nadproży o niskiej wysokości. We wstępie dokonano przeglądu literatury z zakresu badań elementów stosowanych do przykrycia otworów drzwiowych i okiennych w budownictwie. Zwrócono uwagę, iż tematyka badawcza związana z nadprożami jest ciągle aktualna i podejmowana przez środowisko naukowe i inżynierskie. W kolejnym rozdziale zebrano i opisano wybrane normowe procedury określania odporności na ścinanie elementów żelbetowych. Opis normowych procedur poprzedzono przeglądem literatury z zakresu ścinania w elementach żelbetowych. Określono charakterystyczne i obliczeniowe nośności na ścinanie prefabrykowanych nadproży betonowych według opisywanych procedur normowych i porównano je z wynikami uzyskanymi eksperymentalnie. Wskazano, iż możliwe jest oszacowanie odporności na ścinanie niskich belek nadprożowych na podstawie wybranych procedur normowych. Badania eksperymentalne belek nadprożowych prowadzone były na podstawie europejskiej normy opisującej metody określania odporności na ścinanie nadproży. Wyznaczono eksperymentalnie średnią siłę niszczącą badanych belek nadprożowych. Wykonano odwierty rdzeniowe, na podstawie których określono rzeczywistą wytrzymałość betonu na ściskanie. Na tej podstawie potwierdzono klasę wytrzymałości betonu na ściskanie. Przeprowadzono weryfikację rzeczywistego rozkładu zbrojenia w belkach nadprożowych dokonując odkrywek zbrojenia w badanych elementach.

Słowa kluczowe

EN

precast lintel; concrete lintel; reinforced concrete beam; shear resistance; mechanical tests

PL

nadproże betonowe; nadproże prefabrykowane; belka żelbetowa; nośność na ścinanie; test wytrzymałościowy

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2020
• Tom: Vol. 66, nr 3
• Strony: 605--621
• Opis fizyczny: Bibliogr. 43 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Ambroziak A.

• Gdansk University of Technology, Faculty of Civil and Environmental Engineering, Gdansk, Poland

autor

Kondrat J.

• Gdansk University of Technology, Faculty of Civil and Environmental Engineering, Gdansk, Poland

autor

Wesołowski M.

• Gdansk University of Technology, Faculty of Civil and Environmental Engineering, Gdansk, Poland

Bibliografia

• [1] A. Ohler, Structural design of reinforced masonry lintels, in: John W. de Courcy (Ed.), 8th Int. Brick Block Mason. Conf., Dublin, Ireland, 1988: pp. 1539–1550.
• [2] A.M. Memari, A. Lepage, J. Setthachayanon, An experimental study of autoclaved aerated concrete lintels strengthened with externally bonded glass FRP, J. Reinf. Plast. Compos. 29 (2010) 3322–3337.
• [3] M.E. Stavroulaki, V.B. Liarakos, Dynamic analysis of a masonry wall with reinforced concrete lintels or tiebeams, Eng. Struct. 44 (2012) 23–33. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2012.05.041.
• [4] W. Mazur, L. Drobiec, R. Jasinski, Research of Light Concrete Precast Lintels, Procedia Eng. 161 (2016) 611–617.
• [5] R. Nowak, Comparison of Brick Lintels Types for their Durability Effect, Procedia Eng. 193 (2017) 345–352. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.06.223.
• [6] O. Neculai, C.E. Lanivschi, D.N. Isopescu, I.O. Toma, I. Zăpodeanu, Parametric Study of Structural Performance of Innovative Solutions for Hybrid Lintels - Part 1: Input Data for FEM Analysis, Adv. Eng. Forum. 21 (2017) 255–261. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AEF.21.255.
• [7] Ł. Drobiec, Stress‐strain analysis in the window zone area of full‐scale wall models made of AAC and calcium silicate units, Civ. Eng. Des. 1 (2019) 168–181. https://doi.org/10.1002/cend.201900022.
• [8] K.W. Ritter, Die Bauweise Hennebique (The Hennebique System), Schweizerische Bauzeitung. 33 (1899) 59–61.
• [9] E. Mörsch, Der Eissenbetonbau - Seine Theorie und Anwendung, Verlag Von Konrad Witter, Stuttgart, 1908.
• [10] F. Leonhardt, R. Walter, Beitrage zur Behandlung der Schubprobleme in Stahlbetonbau, Bet. Und Stahlbetonbau. 2 (1962) 32–64.
• [11] T. Godycki-Ćwirko, Ścinanie w żelbecie (Shear in reinforced concrete), Arkady, Warszawa, 1968.
• [12] A.A. Hofer, S.L. McCabe, Comparison of shear capacity oft-beams using strut and tie analysis, Kansas, 1998.
• [13] E.C. Bentz, F.J. Vecchio, M.P. Collins, Simplified modified compression field theory for calculating shear strength of reinforced concrete elements, ACI Struct. J. 103 (2006) 614–624.
• [14] P. Paczkowski, A.S. Nowak, Shear Resistance of Reinforced Concrete Beams, Archit. Civ. Eng. Enviroment. 1 (2008) 99–112.
• [15] J. Schnell, C. Thiele, Shear load capacity of concrete slabs with embedded ducts, in: Walraven, Stoelhorst (Eds.), Tailor Made Concr. Struct., Taylor & Francis Group, London, 2008: pp. 1183–1184.
• [16] J. Krejsa, M. Holický, M. Sýkora, Uncertainty in shear resistance of reinforced concrete beams with stirrups – comparison of EN 1992-1-1 and fib MC 2010 approaches, Trans. VŠB. 14 (2014) 1–9.
• [17] M. Słowik, The influence of longitudinal reinforcement on shear capacity of reinforced concrete members without shear reinforcement, Bud. i Archit. 13 (2014) 151–158.
• [18] D. Grandić, P. Šćulac, I.Š. Grandić, Nosivost armiranobetonskih greda na poprečne sile po kriteriju čvrstoće betonskih tlačnih štapova, Teh. Vjesn. 22 (2015) 925–934. https://doi.org/10.17559/TV-20140708125658.
• [19] I. Kovács, Experiences on the shear model of fib Model Code 2010, in: Int. Conf. Contemp. Achiev. Civ. Eng. 24. April 2015. Subotica, SERBIA, Subotica, 2015: pp. 225–231. https://doi.org/10.14415/konferencijaGFS.
• [20] fib Model Code for Concrete Structures 2010, 2013.
• [21] R.O. Afrifa, M. Adom-Asamoah, Shear strength characteristics of reinforced concrete (RC) beams made from Phyllite aggregates, Kumasi, Ghana, 2016.
• [22] M.S. Samora, A.C. DOS Santos, L.M. Trautwein, M.G. Marques, Experimental analysis of the concrete contribution to shear strength beams without shear reinforcement, Rev. IBRACON Estruturas e Mater. 10 (2017) 160–172.
• [23] A. Wiater, T. Siwowski, Shear capacity of concrete members reinforced with FRP rebars in the light of selected design procedures, J. Civ. Eng. Environ. Archit. 64 (2017) 267–297.
• [24] W. Nadir, M.K. Dhahir, F.H. Naser, A compression field based model to assess the shear strength of concrete slender beams without web reinforcement, Case Stud. Constr. Mater. 9 (2018) e00210.
• [25] M.S. Kim, J. Kang, Y.H. Lee, Improved shear strength equation for concrete wide beams, Appl. Sci. 9 (2019) 4513. https://doi.org/10.3390/app9214513.
• [26] V. Aguilar, R. Barnes, A. Nowak, Shear Strength of Concrete Members : Challenges , Recent Developments and Possibilities, Adv. Civ. Eng. Technol. 4 (2020).
• [27] CEN (European Committee for Standardization), EN 1992-1-1 Eurocode 2: Design of concrete structures - Part 1-1: General rules and rules for buildings., (2004).
• [28] T. Godycki-Ćwirko, M. Wesołowski, Rozważania na temat bezpiecznego wymiarowania ścinania ze zmiennym kątem q w kratownicach zastępczych według norm EC:2003, DIN:2001, PN:2002., in: LI Konf. Nauk. KILiW PAN i KN PZITB, Tom III, Konstr. Betonowe. Mater. Bud. Bud. Ogólne, Gdańsk-Krynica, 2005: pp. 57–64.
• [29] DIN 1045-1. Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton - Teil 1: Bemessung und Konstruktion, (2001).
• [30] ACI (American Concrete Institute), ACI 318-14 Building Code Requirements for Structural Concrete, (2014).
• [31] ACI (American Concrete Institute), ACI 318-19 Building Code Requirements for Structural Concrete, (2019).
• [32] PKN, PN-B-03264:2002 Plain, reinforced and pretressed concrete structures - Analysis and structural design, (2002).
• [33] PKN, PN-B-03264:1984 Plain, reinforced and pretressed concrete structures - Analysis and structural design, (1984).
• [34] ABNT, ABNT NBR 6118:2014 Design of concrete structures — Procedure, (2014) 238.
• [35] CEN (European Committee for Standardization), EN 206:2013+A1:2016 Concrete -- Specification, performance, production and conformity, (2016).
• [36] PKN, PN-EN 846-9 Methods of test for ancillary components for masonry -- Part 9: Determination of flexural resistance and shear resistance of lintels, (2016).
• [37] CEN (European Committee for Standardization), EN 845-2 Specification for ancillary components for masonry - Part 2: Lintels, (2016).
• [38] CEN (European Committee for Standardization), EN 12504-1 Testing concrete in structures - Part 1: Cored specimens - Taking, examining and testing in compression., (2009).
• [39] ASTM International (American Society for Testing and Materials), ASTM C31/C31M – 18b Standard Practice for Making and Curing Concrete Test Specimens in the Field., (2018).
• [40] CEN (European Committee for Standardization), EN 12390-3 Testing hardened concrete. Compressive strength of test specimens, (2019).
• [41] L. Brunarski, M. Dohojda, An approach to in-situ compressive strength of concrete, Bull. Polish Acad. Sci. Tech. Sci. 64 (2016) 687–695.
• [42] CEN (European Committee for Standardization), EN 13791 Assessment of in-situ compressive strength in tructures and precast concrete components, (2019).
• [43] A. Ambroziak, E. Haustein, J. Kondrat, Chemical and Mechanical Properties of 70-Year-Old Concrete, J. Mater. Civ. Eng. 31 (2019) 1–7. https://doi.org/10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0002840.