Published December 1, 2023 | Version v1
Publication Metadata-only

Experimental and numerical studies of reinforced concrete stair beams strengthened with steel bars and plates

Creators

  • 1. Kafrelsheikh University
  • 2. Beni-Suef University
  • 3. Curtin University
  • 4. King Saud University
  • 5. Victoria University
  • 6. Higher Institute of Engineering

Description

The bends under sagging moments in a Reinforced Concrete Stair Beam (RCSB) in staircases may be damaged because of improper detailing design or construction; therefore, they need to be strengthened or repaired. The structural behavior of strengthened RCSBs has not been investigated adequately. This paper presents experimental and numerical investigations on the flexural strengthening of RCSBs with bends under sagging moments. Tests on RCSBs were undertaken that were strengthened by using either the Near-Surface Mounted Steel Bars (NSMSBs) or the Externally Bonded Steel Plates (EBSPs). Three steel materials were employed, including Steel Bars (SBs), Steel Sheets (SSs) and Stainless-Steel Plates (SSPs). The test program and outcomes are described in detail of six full-scale strengthened RCSBs loaded up to collapse. A finite element model is developed employing ABAQUS to simulate the performance of the tested RCSBs. It is found that the utilized strengthening techniques effectively enhance both the cracking and ultimate loads in addition to the energy absorption capacity. The agreement between simulations and experiment is good, suggesting that the model of nonlinear finite element analysis can be used with confidence to perform further parametric instigations.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

قد تتلف الانحناءات تحت لحظات الترهل في عارضة الدرج الخرسانية المسلحة (RCSB) في السلالم بسبب التصميم أو البناء غير المناسب للتفاصيل ؛ لذلك، يجب تقويتها أو إصلاحها. لم يتم التحقيق في السلوك الهيكلي للهيئات الفرعية المعززة بشكل كافٍ. تقدم هذه الورقة تحقيقات تجريبية ورقمية حول التقوية الانثناءية لـ RCSBs مع الانحناءات تحت لحظات الترهل. تم إجراء اختبارات على ألواح RCSB التي تم تعزيزها إما باستخدام القضبان الفولاذية المثبتة بالقرب من السطح (NSMSBs) أو الألواح الفولاذية المربوطة خارجيًا (EBSPs). تم استخدام ثلاث مواد فولاذية، بما في ذلك القضبان الفولاذية (SBs) والصفائح الفولاذية (SSs) والألواح الفولاذية المقاومة للصدأ (SSPs). تم وصف برنامج الاختبار ونتائجه بالتفصيل لستة أجهزة RCSB معززة على نطاق واسع تم تحميلها حتى الانهيار. تم تطوير نموذج العناصر المحدودة باستخدام ABAQUS لمحاكاة أداء RCSBs التي تم اختبارها. وجد أن تقنيات التقوية المستخدمة تعزز بشكل فعال كل من التكسير والأحمال النهائية بالإضافة إلى قدرة امتصاص الطاقة. الاتفاق بين المحاكاة والتجربة جيد، مما يشير إلى أنه يمكن استخدام نموذج تحليل العناصر المحدودة غير الخطية بثقة لأداء المزيد من التحريضات البارامترية.

Translated Description (French)

Les plis sous les moments d'affaissement dans une poutre d'escalier en béton armé (RCSB) dans les escaliers peuvent être endommagés en raison d'une conception ou d'une construction incorrecte ; par conséquent, ils doivent être renforcés ou réparés. Le comportement structurel des RCSB renforcés n'a pas été étudié de manière adéquate. Cet article présente des investigations expérimentales et numériques sur le renforcement en flexion des RCSB avec des flexions sous des moments d'affaissement. Des tests sur les RCSB ont été entrepris et ont été renforcés en utilisant soit les barres d'acier montées près de la surface (NSMSB), soit les plaques d'acier collées à l'extérieur (EBSP). Trois matériaux en acier ont été utilisés, notamment des barres en acier (SB), des tôles en acier (SS) et des plaques en acier inoxydable (SSP). Le programme de test et les résultats sont décrits en détail de six RCSB renforcés à grande échelle chargés jusqu'à s'effondrer. Un modèle par éléments finis est développé en utilisant ABAQUS pour simuler les performances des RCSB testés. On constate que les techniques de renforcement utilisées améliorent efficacement à la fois la fissuration et les charges ultimes en plus de la capacité d'absorption d'énergie. L'accord entre les simulations et l'expérience est bon, ce qui suggère que le modèle d'analyse par éléments finis non linéaire peut être utilisé avec confiance pour effectuer d'autres instigations paramétriques.

Translated Description (Spanish)

Las curvas bajo momentos de pandeo en una viga de escalera de hormigón armado (RCSB) en escaleras pueden dañarse debido a un diseño o construcción de detalles incorrectos; por lo tanto, deben fortalecerse o repararse. El comportamiento estructural de las RCSB fortalecidas no se ha investigado adecuadamente. Este documento presenta investigaciones experimentales y numéricas sobre el fortalecimiento flexural de RCSB con flexiones bajo momentos de flacidez. Se realizaron pruebas en RCSB que se fortalecieron mediante el uso de barras de acero montadas cerca de la superficie (NSMSB) o placas de acero unidas externamente (EBSP). Se emplearon tres materiales de acero, incluidas barras de acero (SB), láminas de acero (SS) y placas de acero inoxidable (SSP). El programa de prueba y los resultados se describen en detalle de seis RCSB fortalecidos a gran escala cargados hasta el colapso. Se desarrolla un modelo de elementos finitos empleando ABAQUS para simular el rendimiento de los RCSB probados. Se encuentra que las técnicas de fortalecimiento utilizadas mejoran efectivamente tanto el agrietamiento como las cargas finales, además de la capacidad de absorción de energía. La concordancia entre las simulaciones y el experimento es buena, lo que sugiere que el modelo de análisis no lineal de elementos finitos se puede utilizar con confianza para realizar más instigaciones paramétricas.

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
الدراسات التجريبية والعددية لعوارض الدرج الخرسانية المسلحة المعززة بقضبان وألواح فولاذية
Translated title (French)
Études expérimentales et numériques de poutres d'escalier en béton armé renforcées de barres et de plaques d'acier
Translated title (Spanish)
Estudios experimentales y numéricos de vigas de escaleras de hormigón armado reforzadas con barras y placas de acero

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4387628231
DOI
10.1016/j.engstruct.2023.117037

Is supplement to
https://openalex.org/W4210892843 (Other)
https://openalex.org/W2379625753 (Other)
https://openalex.org/W2358903819 (Other)
https://openalex.org/W2358880141 (Other)
https://openalex.org/W2318545402 (Other)
https://openalex.org/W2158582201 (Other)
https://openalex.org/W2132097729 (Other)
https://openalex.org/W2080151427 (Other)
https://openalex.org/W2022371719 (Other)
https://openalex.org/W1537428095 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Egypt

References

  • https://openalex.org/W1945706383
  • https://openalex.org/W1964882905
  • https://openalex.org/W1991694974
  • https://openalex.org/W1996937335
  • https://openalex.org/W2005702987
  • https://openalex.org/W2011521513
  • https://openalex.org/W2014783484
  • https://openalex.org/W2025704507
  • https://openalex.org/W2040233183
  • https://openalex.org/W2051027077
  • https://openalex.org/W2055870234
  • https://openalex.org/W2056281929
  • https://openalex.org/W2067162957
  • https://openalex.org/W2113882552
  • https://openalex.org/W2118847901
  • https://openalex.org/W2329920628
  • https://openalex.org/W2586438887
  • https://openalex.org/W2594411392
  • https://openalex.org/W2731698999
  • https://openalex.org/W2735068167
  • https://openalex.org/W2886221945
  • https://openalex.org/W2938657157
  • https://openalex.org/W3015362896
  • https://openalex.org/W3105732547
  • https://openalex.org/W3166722615
  • https://openalex.org/W4221053437
  • https://openalex.org/W4226137322
  • https://openalex.org/W4292260470
  • https://openalex.org/W4293826026
  • https://openalex.org/W4295350445
  • https://openalex.org/W4308499322
  • https://openalex.org/W4308533330
  • https://openalex.org/W4308967426
  • https://openalex.org/W4314947446
  • https://openalex.org/W4322753789
  • https://openalex.org/W4322754073
  • https://openalex.org/W4360602795
  • https://openalex.org/W4382318008
  • https://openalex.org/W4383500842
  • https://openalex.org/W4385719213
  • https://openalex.org/W4386873825