Shear Behaviour of Reinforced Concrete Beams without and with Small Amounts of Shear Reinforcement

Frederik Autrup

Publikation: AfhandlingPh.d.-afhandling

69 Downloads (Pure)

Abstract

Bæreevnevurderingen af eksisterende betonkonstruktioner udføres i mange tilfælde ud fra designmodeller. I disse designmodeller er minimumsforskydningsarmeringsforholdet, ρw,min, og den maksimale bøjle afstand, sl,max, blevet introduceret for at forhindre et skørt forskydningsbrud. Mange eksisterende betonkonstruktioner overholder dog ikke disse krav. I disse tilfælde er det ikke muligt at inkludere forskydningsarmeringen når forskydningskapaciteten vurderes. Udviklingen af en nøjagtig forskydningsmodel, der tager højde for selv små mængder forskydningsarmering, er derfor et behov for passende at kunne vurdere sikkerhedsniveauet og undgå unødvendig forstærkning af eksisterende betonkonstruktioner og den tilhør-ende miljøpåvirkning.
Ved bæreevnevurdering af armerede betonbroer forsimples brodækket typisk til at fungere som en bjælke. For armeret betonbjælker uden og med små mængder forskydningsarmering er det velkendt, at forskydningsbruddet karakteriseres ved udviklingen af en kritisk forskydningsrevne. Efter udviklingen af denne kritiske forskydningsrevne styres forskydningskapaciteten af summen af forskydning der overføres af hver af de potentielle forskydningsmekanismer, såsom friktion mellem revneflader, hældningen af trykstringeren, resterende trækspændinger, dorn virkning og aktivering af forskydningsarmeringen. Udviklingen af en nøjagtig forskydningsmodel bør derfor inkludere forskydningsbidraget fra hver af disse forskydningsmekanismer. Dette studie undersøger disse forskydningsmekanismer i armeret betonbjælker uden og med små mængder forskydningsarmering.
Et litteraturstudie viser, at der kun er udført begrænsede forskydningsforsøg af bjælker med små mængder forskydningsarmering. Derfor udføres to store eksperimentelle kampagner Shear test series I og Shear test series II som en del af ph.d.- studiet. Begge eksperimentelle kampagner er designet til at undersøge indflydelsen af små mængder forskydningsarmering på forskydningsopførelsen og forskydningskapacitet af armerede betonbjælker. Shear test series I viser, at forskydningskapaciteten for bjælker med et forskydningsarmeringsforhold under minimumskravene i henhold til de nuværende designstandarder er den samme som identiske bjælker uden forskydningsarmering. Imidlertid viser Shear test series II også, at forskydningskapaciteten øges, når afstanden og diameteren af forskydningsarmeringen reduceres for bjælker med et konstant forskydningsarmeringsforhold. 
Afhandlingen viser, at de tilgængelige modeller i litteraturen for friktion mellem betonens revneflader generelt overvurderer spændingerne sammenlignet med MixedMode test i post-peak regimet (forskydningsglidning større end 0,2 mm). Hvor Mixed-Mode test mest præcist efterligner revnekinematikken for den kritiske forskydningsrevne i armerede betonbjælker. Målinger af revnekinematikken af bjælker fra den eksperimentelle kampagne Shear test series I viser, at revneudviklingen er større for bjælker med små mængder forskydningsarmering end bjælker uden forskydningsarmering. Ved at anvende en velkendt model fra litteraturen for friktion mellem betonens revneflader på den målte revnekinematik viser den større revneudvikling sig at resultere i en overvurdering af dette forskydningsbidrag. Der foreslås derfor et nyt udtryk for friktion mellem betonens revneflader. Sammenligning af dette udtryk med forskydningsforsøgene og Mixed-Mode test viser en god overensstemmelse. Afhandlingen viser også, at de dorntest, der udføres i litteraturen for at vurdere forskydningskraften overført af dornvirkning af trækarmeringen i armeret betonbjælker uden forskydningsarmering, udføres uden at påføre armering en trækkraft. Dorntest af emner med en realistisk aktivering af trækarmeringen udføres derfor under dette ph.d.-studie. Testene viser, at spændingsniveauet i armeringen har en stor indflydelse på forholdet mellem dorn kraften og dorn deformationen. Testene viser også, at forholdet mellem dorn kraften og dorn deformationen har et lineært elastisk regime efterfulgt af et ikke-lineært plastisk regime. Sådanne modeller mangler i øjeblikket i litteraturen. Derfor foreslås en lineær elastisk og en modificeret stift plastisk dornmodel til at bestemme forskydningskraften overført af dornvirkning. En sammenligning af de foreslåede modeller med test viser en god overensstemmelse. Afhandlingen viser desuden, at der kun findes få modeller i litteraturen til vurdering af forskydningskraften overført af dornvirkning i bjælker med forskydningsarmering, og samtidig er de empiriske. Den lineære elastiske dornmodel for bjælker uden forskydningsarmering udvides derfor til at dække bjælker med forskydningsarmering.
Desuden estimerer denne afhandling forskydningskraften, der overføres af hver potentiel forskydningsmekanisme baseret på de foreslåede modeller og DIC-målingerne af 16 forskydningstest fra den eksperimentelle kampagne Shear test series I. Forskydningstestene inkluderer bjælker med et forskydningsarmeringsforhold varieret mellem 0,04-0,17 %, bjælker med en effektiv højde varieret mellem 330-660 mm og identiske bjælker uden forskydningsarmering. Sammenligning af den estimerede forskydningskraft og den faktiske forskydningskraft viser en god overensstemmelse i både pre-peak og post-peak regimet.
Endelig er det vist, at den styrende forskydningsmekanisme ændres som en funktion af forskydningsarmeringsforholdet. For bjælker uden eller med et lavt forskydningsarmeringsforhold overføres forskydningskraften primært af de skøre betonbidrag, dvs. friktion mellem revneflader og resterende trækspændinger. For bjælker med et større forskydningsarmeringsforhold overføres forskydningskraften primært af de mere duktile bidrag, dvs. dornvirkning og aktivering af forskydningsarmeringen. 
OriginalsprogEngelsk
Bevilgende institution
  • Syddansk Universitet
Vejledere/rådgivere
  • Jørgensen, Henrik Brøner, Hovedvejleder
  • Hoang, Linh Cao, Vejleder
Udgiver
DOI
StatusUdgivet - 22. dec. 2022

Note vedr. afhandling

Afhandlingen kan læses på SDUs bibliotek. 

Emneord

  • Betonkonstuktioner
  • Forskydningskapacitet
  • Forskydningsoverførselsmekanismer
  • Eksperimentel undersøgelse
  • Armeret beton
  • Forskydning
  • Dornvirkning
  • Mekanisk modellering
  • Lineær elastisk modellering
  • Stift plastisk modellering

Fingeraftryk

Dyk ned i forskningsemnerne om 'Shear Behaviour of Reinforced Concrete Beams without and with Small Amounts of Shear Reinforcement'. Sammen danner de et unikt fingeraftryk.

Citationsformater