Ductility and internal forces redistribution in lightweight aggregate concrete beams

• Autorzy: Waśniewski Tomasz , Kołodziejczyk Ewelina

Identyfikatory

DOI

10.35784/bud-arch.2124

Warianty tytułu

PL

Ciągliwość i redystrybucja sił wewnętrznych w belkach wykonanych z betonu lekkiego kruszywowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Lightweight Aggregate Concrete (LWAC) is typically defined as concrete having a density smaller than or equal to 2200kg/m3 and can be obtained by mixing natural or artificial lightweight aggregates. There is a general scepticism regarding the use of lightweight aggregate concrete (LWAC) for structural applications. This concern is attached to the more brittle material behaviour which leads to lower ductility. This article presents a numerical parametric analysis of the behaviour of the reinforced LWAC cross-sections under the immediate load taking into account the density of the LWAC concrete, concrete strength and tensile reinforcement ratio. Numerical analysis of the beams was conducted in OpenSees, an open–source nonlinear finite element method framework. One-dimensional elements, with three degrees of freedom at each end, were used. Bending stiffness in the integration points was calculated based on the sectional moment – curvature relationship. The analysis showed that there is a relationship between the ductility of the cross-sections made of lightweight concrete and its density class. It is associated with limited compressive strains and the brittle behavior of LWAC. The limited rotation capacity of the reinforced concrete sections made of LWAC also affects the ability of redistribution of internal forces in statically indeterminate beams

PL

Beton lekki kruszywowy (LWAC) jest zwykle definiowany jako beton o gęstości mniejszej lub równej 2200 kg / m3 i można go otrzymać na bazie naturalnych lub sztucznych kruszyw. Istnieje ogólny sceptycyzm co do użycia lekkiego betonu kruszywowego (LWAC) do zastosowań konstrukcyjnych. Obawa ta jest związana z bardziej kruchym zachowaniem się tego betonu, co może prowadzić do mniejszej ciągliwości. W artykule przedstawiono numeryczną analizę parametryczną zachowania się przekrojów wykonanych z betonu lekkiego z uwzględnieniem gęstości betonu, wytrzymałości na ściskanie i stopnia zbrojenia rozciąganego. Analiza numeryczna belek została przeprowadzona w systemie OpenSees, przy użyciu nieliniowej metody elementów skończonych. Do analizy użyto elementów jednowymiarowych z trzema stopniami swobody na każdym końcu. Sztywność giętna była wyznaczana na podstawie przekrojowych relacji moment zginający - krzywizna. Analiza wykazała, że istnieje zależność między ciągliwością przekrojów wykonanych z betonu lekkiego a jego gęstością. Jest to związane z ograniczeniami odkształceń ściskających i kruchym zachowaniem betonu lekkiego. Ograniczona zdolność do obrotu przekrojów krytycznych wykonanych z betonu lekkiego wpływa również na stopień redystrybucji sił wewnętrznych w belkach statycznie niewyznaczalnych.

Słowa kluczowe

EN

lightweight concrete; ductility; redistribution; beams

PL

beton lekki; ciągliwość; redystrybucja; belki

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej
• Czasopismo: Budownictwo i Architektura
• Rocznik: 2020
• Tom: Vol. 19, no 4
• Strony: 95--108
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., fig.

Twórcy

autor

Waśniewski Tomasz

• Department of Concrete Structures; Faculty of Civil Engineering, Architecture and Environmental Engineering; Lodz University of Technology; 6 Politechniki Avenue, 90-924 Łódź, Poland Poland

autor

Kołodziejczyk Ewelina

• Department of Concrete Structures; Faculty of Civil Engineering, Architecture and Environmental Engineering; Lodz University of Technology; 6 Politechniki Avenue, 90-924 Lodz; Poland

Bibliografia

• 1. European Committee for Standardization. EN 1992-1-1 Eurocode 2: Design of concrete structures Part 1-1: General rules and rules for buildings. CEN, Brussels, 2004.
• 2. Øverli J. A., Jensen T. M., “Increasing ductility in heavily reinforced LWAC structures”, Engineering Structures, vol. 62-63, (15 March 2014), pp. 11-22.
• 3. Carmo N.F., Costa H., Simões T., Lourenço C., Andrade D., “Influence of both concrete strength and transverse confinement on bending behavior of reinforced LWAC beams”, Engineering Structures, vol. 48, (March 2013), pp. 329-341.
• 4. Dias-da-Costa D., Carmo R. N. F., Graça-e-Costa R., Valença J., Alfaiate J., “Longitudinal reinforcement ratio in lightweight aggregate concrete beams”, Engineering Structures, vol. 81, (15 December 2014), pp. 219-229.
• 5. Øverli Jan A., “Towards a better understanding of the ultimate behaviour of LWAC in compression and bending”, Engineering Structures, vol. 151, (15 November 2017), pp. 821-838. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2017.08.063
• 6. Liu, X., Wu, T., & Liu, Y., „Stress-strain relationship for plain and fibre-reinforced lightweight aggregate concrete”, Construction and Building Materials, vol. 225, 2019, pp. 256-272. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.07.135
• 7. Naaman A.E., Jeong S.M., “Structural ductility of concrete beams prestressed with FRP tendons”, in 2nd Int. RILEM Symp. (FRPRXS-2), Non-Metric (FRP) Reinforcement for Concrete Structures. RILEM, Bagneux, France, 1995, pp. 379-386.
• 8. Czkwianianc A., Kamińska M. E., „Metoda nieliniowej analizy żelbetowych elementów prętowych”, Studia z zakresu inżynierii, nr 36 (Institute of Fundamental Technological Research Polish Academy of Sciences, Warsaw, Poland, 1993).
• 9. Mander J. B., Chang G., “Seismic energy based fatigue damage analysis of bridge columns: Part I – evaluation of seismic capacity”, Technical Report 94-0006, NCEER, 1994.
• 10. Maekawa K., Dhakal P. R., “Path-dependent cyclic stress-strain relationship of reinforcing bar including buckling”, Engineering Structures, vol. 24, 2002, pp. 1383-1396. https://doi.org/10.1016/S0141-0296(02)00080-9
• 11. The Open System for Earthquake Engineering Simulation Manual, Berkeley University of California, Available: https://opensees.berkeley.edu/wiki/index.php/OpenSees_User [Accessed: 01 February 2020]

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).