Experimental and Numerical Assessment of Reinforced Concrete Beams with Disturbed Depth
- 1. Toronto Metropolitan University
- 2. Kafrelsheikh University
Description
This paper investigates numerically and experimentally the performance of reinforced concrete (RC) beam with unequal depths subjected to combined bending and shear. Such beams can geometrically be considered for unleveled reinforced concrete (RC) floor slab-beam system. However, it may generate critical disturbances in stress flow at the re-entrant corner (i.e. location of drop in beam depth). This research investigates the use of shear reinforcement and geometric properties to enhance cracking characteristics, yielding, ultimate load-carrying capacity, and exhibiting ductile failure mode. Ten reinforced concrete (RC) beams were constructed and tested experimentally considering the following key parameters: recess length, depth of smaller beam nib, and amount and layout of shear reinforcement at re-entrant corner. Finite element analysis (FEA) with material non-linearity was conducted in two RC beams that were tested experimentally to validate the computer modelling. The FEA models were then extended to conduct a parametric study to investigate the influence of geometric parameters (beam shape and width) and amount and arrangement of shear reinforcement on the structural response. Results confirmed that geometric properties and ratio of shear reinforcement at the re-entrant region significantly affect the behavior of reinforced concrete beam with unequal depths in terms of first cracking, yielding level, ultimate load carrying capacity and mode of failure.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
تبحث هذه الورقة عدديًا وتجريبيًا في أداء عارضة الخرسانة المسلحة (RC) ذات الأعماق غير المتساوية المعرضة للانحناء والقص المشتركين. يمكن اعتبار هذه العوارض هندسيًا لنظام عوارض بلاطات الخرسانة المسلحة غير المسواة (RC). ومع ذلك، قد تولد اضطرابات حرجة في تدفق الإجهاد عند الزاوية العائدة (أي موقع السقوط في عمق الحزمة). يبحث هذا البحث في استخدام تقوية القص والخصائص الهندسية لتعزيز خصائص التكسير، والإنتاج، والقدرة القصوى على حمل الأحمال، وإظهار وضع فشل الدكتايل. تم بناء واختبار عشرة عوارض من الخرسانة المسلحة (RC) تجريبياً مع مراعاة المعلمات الرئيسية التالية: طول التجويف، وعمق رأس العارضة الأصغر، وكمية وتخطيط تقوية القص في زاوية إعادة الدخول. تم إجراء تحليل العناصر المحدودة (FEA) مع عدم خطية المواد في حزمتين من الخرسانة المسلحة تم اختبارهما تجريبيًا للتحقق من صحة نمذجة الكمبيوتر. ثم تم توسيع نماذج FEA لإجراء دراسة بارامترية للتحقيق في تأثير المعلمات الهندسية (شكل الحزمة وعرضها) وكمية وترتيب تقوية القص على الاستجابة الهيكلية. أكدت النتائج أن الخصائص الهندسية ونسبة تقوية القص في منطقة إعادة الدخول تؤثر بشكل كبير على سلوك عارضة الخرسانة المسلحة ذات الأعماق غير المتساوية من حيث التكسير الأول ومستوى الخضوع وقدرة الحمل القصوى وطريقة الفشل.
Translated Description (French)
Cet article étudie numériquement et expérimentalement la performance d'une poutre en béton armé (RC) avec des profondeurs inégales soumise à une flexion et à un cisaillement combinés. De telles poutres peuvent être géométriquement considérées pour un système de dalle de plancher en béton armé (RC) non nivelé. Cependant, il peut générer des perturbations critiques dans le flux de contrainte au niveau du coin rentrant (c'est-à-dire l'emplacement de la chute de la profondeur du faisceau). Cette recherche étudie l'utilisation du renforcement de cisaillement et des propriétés géométriques pour améliorer les caractéristiques de fissuration, le rendement, la capacité de charge ultime et le mode de défaillance ductile. Dix poutres en béton armé (RC) ont été construites et testées expérimentalement en tenant compte des paramètres clés suivants : longueur de l'évidement, profondeur de la pointe de la poutre plus petite, et quantité et disposition de l'armature de cisaillement au coin rentrant. L'analyse par éléments finis (FEA) avec non-linéarité du matériau a été menée dans deux faisceaux RC qui ont été testés expérimentalement pour valider la modélisation informatique. Les modèles FEA ont ensuite été étendus pour mener une étude paramétrique afin d'étudier l'influence des paramètres géométriques (forme et largeur de la poutre) et la quantité et la disposition du renforcement de cisaillement sur la réponse structurelle. Les résultats ont confirmé que les propriétés géométriques et le rapport de l'armature de cisaillement à la région rentrante affectent de manière significative le comportement de la poutre en béton armé avec des profondeurs inégales en termes de première fissuration, de niveau de fléchissement, de capacité de charge finale et de mode de défaillance.
Translated Description (Spanish)
Este documento investiga numérica y experimentalmente el rendimiento de la viga de hormigón armado (RC) con profundidades desiguales sometidas a flexión y cizallamiento combinados. Dichas vigas se pueden considerar geométricamente para el sistema de vigas de losa de piso de hormigón armado (RC) sin nivelar. Sin embargo, puede generar perturbaciones críticas en el flujo de tensión en la esquina reentrante (es decir, la ubicación de la caída en la profundidad del haz). Esta investigación investiga el uso del refuerzo de cizallamiento y las propiedades geométricas para mejorar las características de agrietamiento, el rendimiento, la capacidad máxima de carga y el modo de falla dúctil. Se construyeron y probaron experimentalmente diez vigas de hormigón armado (RC) considerando los siguientes parámetros clave: longitud del hueco, profundidad de la punta de la viga más pequeña y cantidad y diseño del refuerzo de cizallamiento en la esquina reentrante. El análisis de elementos finitos (fea) con no linealidad del material se realizó en dos haces RC que se probaron experimentalmente para validar el modelado informático. Los modelos fea se ampliaron para realizar un estudio paramétrico para investigar la influencia de los parámetros geométricos (forma y ancho de la viga) y la cantidad y disposición del refuerzo de cizallamiento en la respuesta estructural. Los resultados confirmaron que las propiedades geométricas y la relación de refuerzo de cizallamiento en la región reentrante afectan significativamente el comportamiento de la viga de hormigón armado con profundidades desiguales en términos de primer agrietamiento, nivel de fluencia, capacidad de carga final y modo de falla.
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Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- التقييم التجريبي والعددي للكمرات الخرسانية المسلحة ذات العمق المضطرب
- Translated title (French)
- Évaluation expérimentale et numérique des poutres en béton armé à profondeur perturbée
- Translated title (Spanish)
- Evaluación experimental y numérica de vigas de hormigón armado con profundidad perturbada
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4386118205
- DOI
- 10.32920/24026691.v1