Shear Strength of Reinforced Concrete Beam Strengthened by Transverse External Post-tension
Description
Problem statement: Shear failure of concrete beam is brittle manner without warning so inadequate design for shear of beam and/or material deterioration lead to the possibility of sudden failure of beam. The change of functional use and future increased load of structure lead to the need for strengthening of concrete structure. Approach: This research focuses on behaviors under static loading of reinforced concrete beam, with shear strengthening by transverse external prestressing force. Post-tension high strength steel is vertically applied in shear span. Total eight beam specimens are divided into two groups each having shear span to depth ratios 2 and 1.5. Each beam, possessing the same reinforcing steels, is intentionally designed to be failing in shear. One of the beams from each group is used as reference, without shear strengthening. The other three specimens from each group are applied different amounts of external prestressing force. Results: The experimental result shows that ultimate load carrying capacity of all shear strengthened specimens significantly improves over the reference specimen. The higher the amount of applied strengthening force, the greater the ability to carry ultimate loading. Failure mode shifts from brittle shear failure closer to ductile flexural failure, with higher ductility and stiffness. External prestressing force in transverse direction of shear span of beam enhances ultimate shear capacity by improving aggregate interlocking, preventing splitting cracks caused by debonding of longitudinal reinforcing steels due to dowel action. Furthermore, load at first diagonal tension cracks are increased as a result of pre-compressed prestressing force leading to the higher ultimate load carrying capacity. Moreover, concrete in compression zone remains uncrushed at ultimate state. Strut-and-tie model can be used to predict ultimate loading capacity of beam specimen and failure mechanism of both specimens with or without strengthening. Conclusion: Shear strength of reinforced concrete beams strengthened by transverse external post tension at shear span is effectively improved over reference beam specimen. Strut and tie model can be conservatively predicted the ultimate shear capacity of both reference and strengthened beam specimen.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
بيان المشكلة: فشل القص للعارضة الخرسانية هو طريقة هشة دون سابق إنذار، لذا فإن التصميم غير الكافي لقص العارضة و/أو تدهور المواد يؤدي إلى احتمال حدوث فشل مفاجئ للعارضة. يؤدي تغيير الاستخدام الوظيفي والحمل المتزايد المستقبلي للهيكل إلى الحاجة إلى تقوية الهيكل الخرساني. النهج: يركز هذا البحث على السلوكيات في ظل التحميل الثابت لعارضة الخرسانة المسلحة، مع تقوية القص بواسطة قوة الإجهاد المسبق الخارجية المستعرضة. يتم تطبيق الفولاذ عالي القوة بعد الشد عموديًا في امتداد القص. ينقسم إجمالي ثماني عينات من الحزم إلى مجموعتين لكل منهما نسبة امتداد القص إلى العمق 2 و 1.5. تم تصميم كل عارضة، تمتلك نفس فولاذ التسليح، عمدًا لتفشل في القص. يتم استخدام إحدى العوارض من كل مجموعة كمرجع، دون تقوية القص. يتم تطبيق العينات الثلاث الأخرى من كل مجموعة بكميات مختلفة من قوة الإجهاد المسبق الخارجية. النتائج: تظهر النتيجة التجريبية أن القدرة الاستيعابية القصوى لجميع عينات القص المعززة تتحسن بشكل كبير مقارنة بالعينة المرجعية. كلما زادت كمية قوة التقوية المطبقة، زادت القدرة على حمل التحميل النهائي. يتحول وضع الفشل من فشل القص الهش الأقرب إلى فشل الانثناء المطيل، مع ليونة وصلابة أعلى. تعزز قوة الإجهاد المسبق الخارجية في الاتجاه المستعرض لمدى قص العارضة قدرة القص القصوى من خلال تحسين تشابك الزلط، ومنع تشققات الانقسام الناتجة عن إزالة ترابط فولاذ التسليح الطولي بسبب تأثير المسامير. علاوة على ذلك، يتم زيادة الحمل عند تشققات الشد القطرية الأولى نتيجة لقوة الإجهاد المسبق المضغوطة مما يؤدي إلى قدرة حمل نهائية أعلى. علاوة على ذلك، تظل الخرسانة في منطقة الضغط غير مسحوقة في الحالة النهائية. يمكن استخدام نموذج الدعامة والرباط للتنبؤ بقدرة التحميل النهائية لعينة العارضة وآلية الفشل لكلا العينتين مع أو بدون تقوية. الاستنتاج: تم تحسين قوة القص للعوارض الخرسانية المسلحة المعززة بالتوتر اللاحق الخارجي المستعرض في امتداد القص بشكل فعال على عينة العارضة المرجعية. يمكن التنبؤ بنموذج الدعامة والربطة بشكل متحفظ بقدرة القص النهائية لكل من العينة المرجعية والعارضة المعززة.Translated Description (French)
Énoncé du problème : La rupture par cisaillement de la poutre en béton est fragile sans avertissement, de sorte qu'une conception inadéquate pour le cisaillement de la poutre et/ou la détérioration des matériaux entraîne la possibilité d'une rupture soudaine de la poutre. Le changement d'utilisation fonctionnelle et l'augmentation future de la charge de la structure entraînent la nécessité de renforcer la structure en béton. Approche : Cette recherche se concentre sur les comportements sous charge statique de poutre en béton armé, avec renforcement au cisaillement par force de précontrainte externe transversale. L'acier haute résistance post-tension est appliqué verticalement dans la travée de cisaillement. Au total, huit échantillons de poutre sont divisés en deux groupes ayant chacun des rapports étendue de cisaillement/profondeur de 2 et 1,5. Chaque poutre, possédant les mêmes aciers d'armature, est intentionnellement conçue pour être défaillante en cisaillement. L'une des poutres de chaque groupe est utilisée comme référence, sans renforcement par cisaillement. Les trois autres échantillons de chaque groupe sont soumis à différentes quantités de force de précontrainte externe. Résultats : Le résultat expérimental montre que la capacité de charge ultime de tous les échantillons renforcés au cisaillement s'améliore de manière significative par rapport à l'échantillon de référence. Plus la force de renforcement appliquée est élevée, plus la capacité à supporter la charge finale est grande. Le mode de défaillance passe de la rupture par cisaillement fragile à la rupture par flexion ductile, avec une ductilité et une rigidité plus élevées. La force de précontrainte externe dans la direction transversale de la portée de cisaillement de la poutre améliore la capacité de cisaillement ultime en améliorant l'interverrouillage des agrégats, empêchant les fissures de scission causées par le décollement des aciers d'armature longitudinaux en raison de l'action des goujons. En outre, la charge aux premières fissures de tension diagonales est augmentée en raison de la force de précontrainte précomprimée conduisant à la capacité de charge finale plus élevée. De plus, le béton dans la zone de compression reste non concassé à l'état ultime. Le modèle d'entretoise et de cravate peut être utilisé pour prédire la capacité de charge ultime de l'échantillon de poutre et le mécanisme de défaillance des deux échantillons avec ou sans renforcement. Conclusion : La résistance au cisaillement des poutres en béton armé renforcées par une tension de poteau externe transversale à la portée de cisaillement est efficacement améliorée par rapport à l'échantillon de poutre de référence. Le modèle d'entretoise et d'attache peut être prédit de manière prudente la capacité de cisaillement ultime de l'échantillon de référence et de la poutre renforcée.Translated Description (Spanish)
Declaración del problema: La falla por cizallamiento de la viga de concreto es una manera frágil sin previo aviso, por lo que un diseño inadecuado para el cizallamiento de la viga y/o el deterioro del material conduce a la posibilidad de una falla repentina de la viga. El cambio de uso funcional y el futuro aumento de la carga de la estructura conducen a la necesidad de fortalecer la estructura de hormigón. Enfoque: Esta investigación se centra en los comportamientos bajo carga estática de viga de hormigón armado, con refuerzo cortante por fuerza de pretensado externo transversal. El acero de alta resistencia post-tensión se aplica verticalmente en el tramo de corte. Un total de ocho especímenes de viga se dividen en dos grupos, cada uno con relaciones de envergadura de cizallamiento a profundidad de 2 y 1.5. Cada viga, que posee los mismos aceros de refuerzo, está diseñada intencionalmente para fallar en el cizallamiento. Se utiliza como referencia una de las vigas de cada grupo, sin refuerzo de cizallamiento. A las otras tres muestras de cada grupo se les aplican diferentes cantidades de fuerza de pretensado externa. Resultados: El resultado experimental muestra que la capacidad de carga final de todas las muestras reforzadas con cizallamiento mejora significativamente con respecto a la muestra de referencia. Cuanto mayor sea la cantidad de fuerza de refuerzo aplicada, mayor será la capacidad de soportar la carga final. El modo de falla cambia de una falla de cizallamiento frágil más cercana a una falla de flexión dúctil, con mayor ductilidad y rigidez. La fuerza de pretensado externa en la dirección transversal del tramo de cizallamiento de la viga mejora la capacidad de cizallamiento final al mejorar el enclavamiento del agregado, evitando las grietas de división causadas por la desunión de los aceros de refuerzo longitudinales debido a la acción del pasador. Además, la carga en las primeras grietas de tensión diagonales aumenta como resultado de la fuerza de pretensado precomprimida que conduce a la mayor capacidad de carga final. Además, el hormigón en la zona de compresión permanece sin triturar en su estado final. El modelo de puntal y amarre se puede utilizar para predecir la capacidad de carga final de la muestra de viga y el mecanismo de falla de ambas muestras con o sin fortalecimiento. Conclusión: La resistencia al cizallamiento de las vigas de hormigón armado reforzadas por la tensión posterior externa transversal en el tramo de cizallamiento mejora efectivamente con respecto a la muestra de viga de referencia. El modelo de puntal y amarre se puede predecir de manera conservadora la capacidad de cizallamiento final de la muestra de referencia y de la viga reforzada.Files
ajeassp.2011.108.115.pdf.pdf
Files
(1.0 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:c1fd8d923689279c053498542980c5ac
|
1.0 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- قوة قص العارضة الخرسانية المسلحة معززة بالشد اللاحق الخارجي المستعرض
- Translated title (French)
- Résistance au cisaillement de la poutre en béton armé renforcée par une post-tension externe transversale
- Translated title (Spanish)
- Resistencia al cizallamiento de la viga de hormigón armado reforzada por postensado externo transversal
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2061128510
- DOI
- 10.3844/ajeassp.2011.108.115
References
- https://openalex.org/W2016694442
- https://openalex.org/W2150018118
- https://openalex.org/W2161159304
- https://openalex.org/W2188047525
- https://openalex.org/W2415012490
- https://openalex.org/W2599131985
- https://openalex.org/W3139562995
- https://openalex.org/W333187490
- https://openalex.org/W4238512477