Optimization of hybrid reinforcement in precast concrete linings using numerical analysis

• Autorzy: Gorino A. , Fantilli A. P. , Chiaia B.

Identyfikatory

DOI

10.7409/rabdim.017.020

Warianty tytułu

PL

Optymalizacja zbrojenia hybrydowego w prefabrykowanych obudowach tuneli przy wykorzystaniu analizy numerycznej

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Beton o zbrojeniu hybrydowym (prętami stalowymi i włóknami rozproszonymi) znajduje szerokie zastosowanie w produkcji prefabrykowanych elementów segmentowych obudów tuneli. Ze względu na masywność przekroju poprzecznego konstrukcje tego typu wymagają jedynie minimalnej ilości zbrojenia, aby zapobiegać kruchemu zniszczeniu konstrukcji. Aby przeanalizować charakterystykę kruchej i ciągliwej pracy statycznej segmentów z betonu o zbrojeniu prętami i włóknami, opracowano i połączono ze sobą modele elementów wykonanych z betonu słabo zbrojonego oraz fibrobetonu. Takie połączenie modeli umożliwiło wyznaczenie minimalnej, wymaganej ilości zbrojenia segmentów z betonu o zbrojeniu prętami i włóknami przy wykorzystaniu metody projektowania empirycznego „design-by-testing", przy założeniu wskaźnika ciągliwości DI równego zero. Minimalną ilość zbrojenia prętami i włóknami można wówczas wyznaczyć przy wykorzystaniu liniowego powiązania minimalnej powierzchni przekroju prętów zbrojeniowych w segmentach z betonu słabo zbrojonego i minimalnego objętościowego udziału włókien w segmentach o zbrojeniu rozproszonym.

EN

Concrete mixtures reinforced with a combination of steel rebar and fibers, i.e., Hybrid Reinforced Concretes (HRC), are frequently used in segmental precast tunnel linings. As massive cross-sections are usually adopted in these structures, only the minimum reinforcement is necessary to prevent the brittle failure. To study the brittle/ductile behavior of HRC tunnel segments in bending, the flexural responses of Lightly Reinforced Concrete (LRC) and that of Fiber-Reinforced Concrete (FRC) elements are modelled and combined herein. By means of this combination, the minimum reinforcement of HRC segments can be determined with a new design-by-testing procedure, in which the ductility index DI should be equal to zero. As a result, the minimum hybrid reinforcement can be defined through a linear combination of the minimum area of rebar and the minimum fiber volume fraction of LRC and FRC segments, respectively.

Słowa kluczowe

PL

fibrobeton; prefabrykowane segmenty obudowy (tubingi); pręt zbrojeniowy; włókna do zbrojenia betonu; wskaźnik ciągliwości; zbrojenie minimalne; zbrojenie prętami i włóknami

EN

ductility index; fibers; hybrid reinforced concrete; minimum reinforcement; precast concrete segments; rebar

• Wydawca: Instytut Badawczy Dróg i Mostów
• Czasopismo: Roads and Bridges - Drogi i Mosty
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 16, no. 4
• Strony: 309--323
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Gorino A.

• Politecnico di Torino, Department of Structural, Building and Geotechnical Engineering, Corso Duca degli Abruzzi 24, 10129 Torino, Italy

autor

Fantilli A. P.

• Politecnico di Torino, Department of Structural, Building and Geotechnical Engineering, Corso Duca degli Abruzzi 24, 10129 Torino, Italy

autor

Chiaia B.

• Politecnico di Torino, Department of Structural, Building and Geotechnical Engineering, Corso Duca degli Abruzzi 24, 10129 Torino, Italy

Bibliografia

• 1. Caratelli A., Meda A., Rinaldi Z., Romualdi P.: Structural behaviour of precast tunnel segments in fiber reinforced concrete. Tunnelling and Underground Space Technology, 26, 2, 2011, 284-291
• 2. Chiaia B., Fantilli A.P., Vallini P.: Evaluation of minimum reinforcement ratio in FRC members and application to tunnel linings. Materials and Structures, 40, 6, 2007, 593-604
• 3. de la Fuente A., Pujadas P., Blanco A., Aguado A.: Experiences in Barcelona with the use of fibres in segmental linings. Tunnelling and Underground Space Technology, 27, 1, 2012, 60-71
• 4. Fantilli A.P., Nemati K.M., Chiaia B.: Efficiency index for fiber-reinforced concrete lining at ultimate limit state. Sustainable and Resilient Infrastructure, 1, 1-2, 2016, 84-91
• 5. Meda A., Rinaldi Z.: Steel fibers reinforcement for precast lining in tunnels with different diameters. In: Proc. FRC 2014 Joint ACI-fib International Workshop, Montreal, Canada, 2014, 522-531
• 6. Tiberti G., Minelli F., Plizzari G.A.: Reinforcement optimization of fiber reinforced concrete linings for conventional tunnels. Composites: Part B, 58, 2014, 199-207
• 7. Maldague J.C.: Établissement des Lois Moments-Courbures. Annales de l’Institut Technique du Batiment et des Travaux Publics, ITBTP, 213, 1965, 1170-1218
• 8. Bosco C., Carpinteri A., Debernardi P.G.: Minimum reinforcement in high-strength concrete. ASCE Journal of Structural Engineering, 116, 2, 1990, 427-437
• 9. Fantilli A.P., Chiaia B., Gorino A.: Minimum reinforcement and ductility index of lightly reinforced concrete beams. Computers and Concrete, 18, 6, 2016, 1175-1194
• 10. Ruiz G., Elices M., Planas J.: Size Effect and Bond-Slip Dependence of Lightly Reinforced Concrete Beams. European Structural Integrity Society, 24, 1999, 67-97
• 11. Levi F.: On Minimum Reinforcement in Concrete Structures. ASCE Journal of Structural Engineering, 111, 12, 1985, 2791-2796
• 12. ACI - American Concrete Institute 318-14: Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary. Farmington Hills, Michigan, USA. 2014
• 13. CEN - European Committee for Standardization EN 1992-1-1: Eurocode 2: Design of Concrete Structures - Part 1-1: General Rules and Rules for Buildings. Brussels, Belgium. 2004
• 14. Model Code 2010 - Final draft, Volume 1. fib Bulletin No. 65, The International Federation for Structural Concrete, Lausanne, Switzerland, 2012
• 15. Fantilli A.P., Chiaia B., Gorino A.: Fiber volume fraction and ductility index of concrete beams. Cement and Concrete Composites, 65, 2016, 139-149
• 16. Liao L., de la Fuente A., Cavalaro S., Aguado A.: Design procedure and experimental study on fibre reinforced concrete segmental rings for vertical shafts. Materials and Design, 92, 2016, 590-601
• 17. Naaman A.E.: Strain hardening and deflection hardening fiber reinforced cement composites. In: Proc. 4th Int. RILEM Workshop on High Performance Fiber Reinforced Cement Composites, Ann Abor, University of Michigan, 2003, 95-113
• 18. Gorino A., Fantilli A.P., Chiaia B., Zampini D., Guerini A., Volpatti G.: Brittle vs. ductile behavior of concrete beams reinforced with steel rebars and fibers. In: Proc. 9th Rilem International Symposium on Fiber Reinforced Concrete (BEFIB 2016), Vancouver, Canada, 2016, 1263-1274
• 19. Fantilli A.P., Chiaia B., Gorino A.: Unified Approach for Minimum Reinforcement of Concrete Beams. ACI Structural Journal, 113, 5, 2016, 1107-1116
• 20. Liao L., de la Fuente A., Cavalaro S., Aguado A.: Design of FRC tunnel segments considering the ductility requirements of the Model Code 2010. Tunnelling and Underground Space Technology, 47, 2015, 200-210
• 21. Bažant Z.P., Cedolin L.: Stability of Structures: Elastic, Inelastic, Fracture and Damage Theories. Oxford University Press, New York, USA, 1991
• 22. Fantilli A.P., Vallini P.: Bond-slip relationship for smooth steel reinforcement. In: Proc. Computational Modelling of Concrete Structures (EURO-C 2003), St. Johann Im Pongau, Austria, 2003, 215-224
• 23. Fantilli A.P., Gorino A., Chiaia B.: Multi-scale tension stiffening approach for the minimum reinforcement of hybrid concrete beams. Submitted to Computational Modelling of Concrete Structures (EURO-C 2018), Bad Hofgastein, Austria, 2017
• 24. 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. Engineering Structures, 100, 2015, 43-56
• 25. Chiaia B., Fantilli A.P., Vallini P.: Combining fiber-reinforced concrete with traditional reinforcement in tunnel linings. Engineering Structures, 31, 2009, 1600-1606

Uwagi

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