Estimation of Load Bearing Capacity of Bending Fibrocomposite Elements

• Autorzy: Głodkowska Wiesława , Ziarkiewicz Marek

Warianty tytułu

PL

Obliczanie nośności zginanych elementów fibrokompozytowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Waste sands resulting from coarse aggregate extraction are becoming an increasingly pressing ecological issue in northern Poland, the Middle East or North Africa. In order to manage the waste sand, a fine-grained composite with the addition of steel fibers has been developed. As steel fibers constitute 1.2% of the composite, it has been called Steel Fiber Reinforced Waste Sand Concrete (SFRWSC). The physico-mechanical and rheological properties of the composite meet the requirements of construction materials and make it more effective than ordinary concrete. In order to prove SFRWSC's usefulness in the production of construction elements, experimental investigations on flexural behavior of full-scale conventionally reinforced concrete beams have been carried out. The test specimens were divided into three series differing as to the conventional reinforcement ratio. It has been demonstrated that SFRWSC can be readily used in the production of bending structural elements. Steel fibers increase considerably the load bearing capacity and stiffness of the specimens, which makes partial reduction of conventional reinforcement possible. Next, the calculation results in accordance with RILEM and Model Code 2010 provisions and the experimental research results have been compared. It has been proved that bending moments according to the aforementioned international regulations are overestimated in relation to the experimental values. The obtained results highlight the necessity to correct these methods before using them for designing elements made from SFRWSC and Steel Fiber Reinforced Concrete (SFRC).

PL

Hałdy piasku odpadowego powstałego w wyniku wydobycia kruszyw grubych stanowią coraz poważniejszy problem ekologiczny w północnej Polsce, na Bliskim Wschodzie czy tez północnej Afryce. W celu zagospodarowania tego piasku opracowano drobnokruszywowy kompozyt z dodatkiem włókien stalowych (Steel Fibre Reinforced Waste Sand Concrete – SFRWSC), których zawartość wynosi 1,2%. Opracowany kompozyt charakteryzuje się właściwościami fizyko-mechanicznymi i reologicznymi, które spełniają wymagania materiałów konstrukcyjnych i są korzystniejsze niż betonu zwykłego. Aby wykazać przydatność tego kompozytu do wytwarzania elementów konstrukcyjnych przeprowadzono badania zginanych belek żelbetowych w skali naturalnej. Badane elementy podzielono na trzy serie różniące się stopniem zbrojenia konwencjonalnego (zbrojenie z uwagi na zginanie). Wykazano, że opracowany fibrokompozyt może być z powodzeniem stosowany do wykonywania zginanych elementów konstrukcyjnych. Włókna stalowe w istotny sposób zwiększają nośność i sztywność elementów, a przez to możliwa jest częściowa redukcja zbrojenia konwencjonalnego. Wyniki badań eksperymentalnych porównano z wynikami obliczeń wg RILEM i Model Code 2010. Dowiedziono, że momenty zginające obliczone wg wspomnianych międzynarodowych przepisów są zawyżone względem wartości doświadczalnych. Uzyskane wyniki wskazują na konieczność dokonania korekty tych metod w celu ich zastosowania do wymiarowania zginanych elementów wykonanych z kompozytu SFRWSC oraz fibrobetonu (Steel Fibre Reinforced Concrete – SFRC).

Słowa kluczowe

EN

waste sand; structural element; load bearing capacity; flexural failure; fibercomposite

PL

piasek odpadowy; element konstrukcyjny; nośność; zniszczenie; fibrokompozyt

• Wydawca: Politechnika Koszalińska
• Czasopismo: Rocznik Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2019
• Tom: Tom 21, cz. 1
• Strony: 294--315
• Opis fizyczny: Bibliogr. 36 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Głodkowska Wiesława

• Koszalin University of Technology, Poland

autor

Ziarkiewicz Marek

• Koszalin University of Technology, Poland

Bibliografia

• 1. Blanco, A., Pujadas, P., de la Fuente, A., Cavalaro, S., Aguado, A. (2013). Application of constutive models in European codes to RC-FRC. Construction and Building Materials, 40, 246-259.
• 2. CNR-DT 204 (2006).Istruzioni per la Progettazione, l’Esecuzione ed il Controllo di Strutture Fibrorinforzato. Consiglio Nazionale delle Riserche, Italia.
• 3. DBV Merkblatt Stahlfaserbeton (2001). Deutsche Beton Vereins.
• 4. de la Fuente, A., Pujadas, P., Blanco, A., Aguado, A. (2011). Experiences in Barcelona with the use of steel fibres in segmental linings. Tunn. Undergr. Sp. Tech., 7(1), 60- 71.
• 5. Destrée, X. (2008). 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, 941-50.
• 6. Domski, J. (2016). A blurred border between ordinary concrete and SFRC. Construction and Building Materials, 112, 247-252.
• 7. Dupont, D. (2003). Modelling and experimental validation of the constitutive law (σ-ε) and cracking behaviour of steel fibre reinforced concrete. Dissertation, Catholic University of Leuven.
• 8. Dvorkin. L.I., Dvorkin, O.L., Ribakov Y. (2016).Construction Materials Based on Industrial Waste Products. Nova Science Publishers Inc. New York, United States.
• 9. EHE-08 (2008).Instrucción del Hormigón Estructural. Comisión Permanente del Hormigón (Ministerio de Fomento).
• 10. EN 12390-3:2009 Testing hardened concrete, Compressive strength of test specimens.
• 11. EN 14651:2005 Test method for metallic fibered concrete - Measuring the flexural tensile strength (limit of proportionality (LOP), residual).
• 12. EN 1992-1-1:2004 Design of concrete structures – Part 1-1: General rules and rules for buildings.
• 13. EN ISO 6892-1:2010. Tensile Testing Part 1: Method of test at room temerature.
• 14. European Aggregates Association. Annual Review 2013-2014, A sustainable Industry for a Sustainable Europe.
• 15. Model Code 2010, Comité Euro-International du Beton-Federation International de la Precontrainte. Paris.
• 16. Głodkowska, W., Kobaka, J. (2009). Application of Waste Sands for Making Industrial Floors. Rocznik Ochrona Środowiska, 11, 193-206.
• 17. Głodkowska, W., Kobaka, J. (2012). The model of brittle matrix composites for distribution of steel fibres. Journal of Civil Engineering and Management, 18(1), 145-150.
• 18. Głodkowska, W., Laskowska-Bury, J. (2015).Waste Sands as a Valuable Aggregates to Produce Fibre-composites. Rocznik Ochrona Środowiska,17, 507-525.
• 19. Głodkowska, W., Lehmann, M., Ziarkiewicz, M. (2015). Wytrzymałości resztkowe fibrokompozytu na bazie piasków odpadowych. Materiały Budowlane, 5, 75-77.
• 20. Głodkowska, W., Ziarkiewicz, M. (2018). Nośność na zginanie belek żelbetowych wykonanych z fibrokompozytu drobnokruszywowego. Przegląd Budowlany, 7-8, 124- 127.
• 21. Gossla, U. (2006). Flachdecken aus Stahlfaserbeton. Beton- und Stahlbetonbau, 101(2), 94-102.
• 22. Kelpsa, S., Augonis, M., Dauksys, M., Augonis, A. (2014).Analysis of crack width calculation of steel fibre and ordinary reinforced concrete flexural members.Journal of Sustainable Architecture and Civil Engineering, 1(6),50-57.
• 23. Laskowska-Bury, J. (2017).Selected physico-mechanical properties fiber reinforced composit produced on waste aggregate. Dissertation, Koszalin University of Technology.
• 24. Li, V.C. (2002). Large volume, high-performance applications of fiber in civil engineering. Journal of Applied Polymer Science 83(3), 660-686.
• 25. Meda, A., Minelli, F., Plizzari, G.A. (2012).Flexural behaviour of RC beams in fibre reinforced concrete. Composites: Part B, 43, 2930-2937.
• 26. Mertol, H.C., Baran, E., Bello, H.J. (2015). Flexural behavior of lightly and heavily reinforced steel fiber concrete beams. Construction and Building Materials, 98, 185- 193.
• 27. Ning, X., Ding, Y., Zhang, F., Zhang, Y. (2015). Experimental study and prediction model for flexural behavior of reinforced SCC beam containing steel fibers. Construction and Building Materials, 93, 644-653.
• 28. Pepin, R. (2009). Structural applications for SFRC. Central European Congress on Concrete Engineering.
• 29. Piekarski, J. (2011). Application of Numerical Methods to Modelling of Gravitational Filtration Process. Rocznik Ochrona Środowiska, 13.
• 30. RILEM TC 162-TDF (2003) Test and design methods for steel fibre reinforced concrete – σ–ε design method: final recommendation.Mater. Struct. 36(262), 560-7.
• 31. Rossi, P. (1992). Mechanical behaviour of metal-fibre reinforced concretes. Cement and Concrete Composites 14, 3-16.
• 32. Shah, A.A., Ribakov, Y. (2011). Recent trends in steel fibered high-strength concrete. Materials and Design 32, 4122-4151.
• 33. Tiberti, G., Minelli, F., Plizzari, G.A., Vecchio, F.J. (2014). Influence of concrete strength on crack development in SFRC members. Cement & Concrete Composites 45, 176-185.
• 34. Tiberti, G., Plizzari, G.A., Walraven, J.C., Blom, C.B.M. (2008).Concrete tunnel segments with combined traditional and fiber reinforcement. In: Walraven, J.C., Stoelhorst, D. editors. Tailor made concrete structures. London: Taylor & Francis Group, 199-205.
• 35. Ziarkiewicz, M. (2018). Experimental evaluation of selected design methods of Steel Fiber Reinforced Waste Sand Concrete Beams. PhD thesis. Koszalin University of Technology.
• 36. Zollo, R.F. (1997). Fiber-reinforced Concrete: an Overview after 30 Years of Development. Cement and Concrete Composites, 19, 107-122.

Uwagi

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