Experimental and theoretical research on the stressstain state of reinforced concrete beams strengthened with external bars
Keywords:
reinforced concrete beam, strengthening, external steel bar, stress-stain state, carrying capacity, deformability.Abstract
Today, the majority of long-maintained construction objects of the Ukrainian building complex require upgrading and reconstruction. Therefore, the choice of an effective and convenient strengthening method is an important scientific and engineering problem. The paper presents a new structure for strengthening reinforced concrete bending elements. The new regulating system includes external flexible steel bars and rigid levers. The specific feature of the work of this system is the unloading of the beam’s compressed zone, compression of it bottom fiber and placement of a pliable support in the middle of beam span, which results in efficient redistribution of stresses in the beam, significant increase in its carrying capacity and reduction in deformability, in contrast to a traditional strutted system that increases the negative impact of external load. In addition, the system effectively works under asymmetrical loads. The authors propose a design scheme for reinforced concrete beams of rectangular cross-section, strengthened with this system with external bars. The article reveals a computation method based on the building codes in force, which takes into account the work of the external strengthening system. The computation method is realized due to the specially designed computer programs. The stress-strain state of the beam’s cross-sections is determined considering the full « σ-ε» diagram and specified discrete linear diagram of steel work. Besides this, the method of experimental research and testing of concrete beams, strengthened by the proposed system, and regular beams is presented in the paper. We also improved the power stand for testing such beams. During the testing, strain state of the beam’s dangerous cross-sections and deformations of external bars were determined. The results of theoretical calculations of strengthened beams’ carrying capacity were compared with experimental research. The discrepancy is within permissible limits, indicating the reliability of experimental and theoretical studies, while a significant increase in carrying capacity and reduction in the beam’s deformability confirms the expediency of this proposed strengthening system. Along with this, strengthened beams showed a decrease in the residual deformation, which indicated their more elastic work under load.
References
Minregion Ukrainy. Betonni ta zalizobetonni konstrukziji z vagkogo betony: DBN V.2.6-98:2009 [State standard of Ukraine DBN V.2.6-98:2009.Concrete and reinforced concrete structures made of hard concrete]. Kyiv, 2011, 71 p. Available at:http://www.dbn.at.ua. (in Ukrainian).
Minregion Ukrainy. Betonni ta zalizobetonni konstrukziji z vagkogo betony. Pravyla proektyvannia: DSTU B V.2.6-1568:2010 [State standard of Ukraine DSTU B V.2.6-1568:2010.Concrete and reinforced concrete structures made of hard concrete. Design rules]. Kyiv, 2011, 166 p. Available at: http://www.dbn.at.ua. (in Ukrainian).
Golishev A.B, Tkachenko I . M. Proektirovanie usilenij nesuschih zhelezobetonnyh konstrukzij proizvodstvennyh zdanij I sooryzenij [Design of reinforcement of bearing structures of reinforced concrete industrial buildings and constructions].-K:. Logos, 2001.- 172 p. (in Russian).
Klimenko Є.V. Tehnіchna ekspluatatsyia ta rekonstruktsy ia budіvel i sporud: navchalnyi posibnyk [Technical use and reconstruction of buildings and structures: the teaching manual / - K .: Center navchalnoi lіteratury, 2004. - P. 171.
Onufriev M.M. Usilenie zhelezobetonnych konstrukzij promyshlennych zdanij I soorygenj [Strengthening of reinforced concrete structures of industrial buildings and structures]. - Leningrad, 1965. - 342 p.
Invetion. №109379 Ukraine, МPК Е 04С 3/20. Beam construction/ Chekanovych М.G., Zhurakhivskyi V.P, Chekanovych О.М.; applicant and invention owner: Chekanovych М.G. - №а 201410316; applicated 22.09.2014; publ. 25.02.2015, Bull.№ 4.
Savitskij N.V., Baysk E.A., Bardach A.E., Matiushenko I .N., Nesin A. A., Sopilnik A.M.Usilenie stroitelnych konstrukcij zdanija RDES energoblokov № 1,2 ОP RАES [ Strengthening of the building constructions of RDES building power blocks] Stroitelstvo, materialovedenie, mashinostroenie – [Сonstruction, materials science, mechanical engineering]. PDABA. Dnipropetrovsk, 2014, no. 77, pp. 177-181. (in Russian).
Shahin, A.L. Lokalnoe predvaritelnoe napriazhenie zhelezobetonnych I stalezhelezobetonnych konstrukcij [Local prestressed concrete and composite structures]. Jubilejnoe nauchnoe chtenie po problemam teorii zhelezobetona. Nauka, technologia proizvodstvo - [Scientific Conference on the issues of reinforced concrete theory. Science, technology, and production]: sb.tr. - M .: MIKHiS 2009. - pp. 107 - 116.
High performance concrete structures/ M. Chekanovych //Life cycle assessment, behavior and properties of concrete and concrete structures. Proceeding of International Conference. 2004, Brno, Czech Republic, - pp. 130-135.
Specificities of external regulated prestressing/ M. Chekanovych //fib Symposium on Segmental Construction in Concrete. Proceeding of Symposium. November, 26 -29, 2004, New Deli, India, - pp. 230 – 236.
Smart Reinforced Concrete Structures/ M. Chekanovych, O. Chekanovych //fib Symposium Keep Concrete Attractive. Proceeding of Symposium.May, 23 -25, 2005, Budapest, Hungary, - pp. 201 – 206.
Self-Regulating Prestressing System Proceeding of Second/ M. Chekanovych // fib Congress. 2006, Naples, Italy , - pp. 230-238.
Ultimate flexural behaviour of externally prestressed new beams and distressed beams/ R. Senthil, R. Manisekar //Journal of Engineering Science and Technology Vol. 10, No. 4 (2015), pp461 - 484 © School of Engineering, Taylor’s University 461.
Downloads
Published
Issue
Section
License
Редакція Видання категорично засуджує прояви плагіату в статтях та вживає всіх можливих заходів для його недопущення. Плагіат розглядається як форма порушення авторських прав і наукової етики.
При виявлені у статті більш ніж 25% запозиченого тексту без відповідних посилань та використання лапок, стаття кваліфікується як така, що містить плагіат. У цьому випадку стаття більше не розглядається редакцією, а автор отримує перше попередження.
Автори, в статтях яких повторно виявлено плагіат, не зможуть публікуватися в усіх журналах Видавництва ДВНЗ «Придніпровська державна академія будівництва та архітектури».
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
