بررسی تأثیر الیاف ترکیبی فولادی موج‌دار- قلاب‌دار و پلی‌پروپیلن اصلاح شده بر رفتار برشی تیرهای بتن آرمه با استفاده از نتایج آزمایشگاهی و روابط تجربی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 پردیس دانشگاه صنعتی شاهرود، ایران

2 دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران

3 دانشگاه مازندران، بابلسر، ایران

چکیده

یکی از مودهای گسیختگی نامطلوب در تیرهای بتن مسلح ایجاد مود خرابی برشی بدون علایم اخطاردهنده قبل از رخداد گسیختگی خمشی است. یکی از روش‌های جلوگیری از آن در سطح کم نیروهای برشی تامین خاموت حداقل است. یکی از راهکارهای جایگزین برای تامین خاموت حداقل به دلیل مشکلات اجرایی آن در بعضی مواقع استفاده از الیاف می‌باشد. این تحقیق به بررسی تاثیر ترکیب الیاف فولادی موج‌دار با قلاب انتهایی و پلی‏پروپیلن اصلاح شده بر رفتار برشی تیرهای بتن‌آرمه با مقاومت معمولی پرداخته است. نتایج بدست آمده با رفتار برشی مقطع مسلح شده به آرماتور برشی حداقل در شرایط مشابه مقایسه شده و امکان جایگزینی آن با الیاف فوق، بر اساس دستورالعمل ASTM C1609 و شرایط پذیرش الیاف فوق مبتنی بر ACI 318-2011 مورد ارزیابی قرار گرفته است. بدین منظور 16 تیر بتن آرمه با مقیاس و نسبت دهانه برش به ارتفاع مؤثر برابر 2/6 در سه گروه ساخته شد. چهار نمونه اول فاقد الیاف و خاموت برشی بوده، چهار نمونه دوم فاقد الیاف و مسلح به خاموت برشی حداقل بوده و هشت نمونه دیگر بدون خاموت برشی با بتن الیافی ترکیبی با نسبت 0/75% الیاف فولادی (موج‌دار با قلاب انتهایی) و0/25% الیاف پلی‏پروپیلن و همچنین 1% الیاف فولادی و 0/25% الیاف پلی‏پروپیلن می‌باشد. در ادامه تاثیر آرماتور طولی با درصدهای 2/5 و 4 بر رفتار برشی تیرها مورد بررسی قرار گرفت. بعد از اعمال بارگذاری چهار نقطه‌ای مشاهده شد که الیاف ترکیبی فولادی و پلی‏پروپیلن می‌تواند جایگزین مناسبی برای آرماتور برشی حداقل در تیرهای بتن مسلح باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Shear Behavior of Reinforced Concrete Beams with Hybrid Crimped-Hooked End Steel Fibers-Modified Polypropylene Fibers

نویسندگان [English]

  • Shahram Maghsoodian 1
  • Farshid Jandaghi Alaee 2
  • Mahdi Nematzadeh 3
1 Faculty of civil engineering, Islamic Azad University Nour Branch, Nour, Iran
2 Shahrood University of Technology
3 Department of civil engineering, University of Mazandaran
چکیده [English]

One undesirable failure mode in reinforced concrete beams is the shear failure mode without prior warning before the flexural failure. Supplying minimum shear reinforcement (stirrups) is one of the ways to avoid such failure at low levels of shear loads. Due to construction difficulties in places with reinforcement congestion, an alternative to minimum stirrups is to use fibers. This study focused on the effect of the combination of crimped-hooked end steel fibers and modified polypropylene (PP) fibers on the shear behavior of reinforced normal strength concrete beams. The obtained results were compared with the shear behavior of the section reinforced with minimum shear reinforcement under the same conditions, and the feasibility of using the above hybrid fibers as a replacement for the minimum shear reinforcement was evaluated based on the guidelines of ASTM C1609 and the acceptance criteria of the ACI 318-2011.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Fiber-Reinforced Concrete
  • Crimped Ssteel Fibers
  • Shear Strength
  • Hybrid Fibers
  • Minimum Shear Reinforcement

مراجع

[1] T. Uygunoğlu, Investigation of microstructure and flexural behavior of steel-fiber reinforced concrete, Materials and structures, 41(8) (2008) 1441-1449.
[2] F.U.A. Shaikh, Review of mechanical properties of short fibre reinforced geopolymer composites, Construction and building materials, 43 (2013) 37-49.
[3] Y. Mohammadi, S. Singh, S. Kaushik, Properties of steel fibrous concrete containing mixed fibres in fresh and hardened state, Construction and Building Materials, 22(5) (2008) 956-965.
[4] Ş. Yazıcı, G. İnan, V. Tabak, Effect of aspect ratio and volume fraction of steel fiber on the mechanical properties of SFRC, Construction and Building Materials, 21(6) (2007) 1250-1253.
[5] R.F. Zollo, Fiber-reinforced concrete: an overview after 30 years of development, Cement and Concrete Composites, 19(2) (1997) 107-122.
[6] R. Gettu, Fibre Reinforced Concrete: Design and Applications. BEFIB 2008, RILEM Proc. PRO60, RILEM Publications SARL, Bagneux, France,  (2008).
[7] M. Di Prisco, G. Plizzari, L. Vandewalle, Fibre reinforced concrete: new design perspectives, Materials and structures, 42(9) (2009) 1261-1281.
[8] S. Singh, A. Shukla, R. Brown, Pullout behavior of polypropylene fibers from cementitious matrix, Cement and Concrete Research, 34(10) (2004) 1919-1925.
[9] A.E. Naaman, T. Wongtanakitcharoen, G. Hauser, Influence of different fibers on plastic shrinkage cracking of concrete, ACI materials Journal, 102(1) (2005) 49.
[10] M. Soutsos, T. Le, A. Lampropoulos, Flexural performance of fibre reinforced concrete made with steel and synthetic fibres, Construction and building materials, 36 (2012) 704-710.
 [11] A.A. Shah, Y. Ribakov, Recent trends in steel fibered high-strength concrete, Materials & Design, 32(8-9) (2011) 4122-4151.
[12] W. Yao, J. Li, K. Wu, Mechanical properties of hybrid fiber-reinforced concrete at low fiber volume fraction, Cement and concrete research, 33(1) (2003) 27-30.
[13] A.C. Institute, State-of-the art report on fiber reinforced concrete: reported by ACI Committee 544. ACI 544.1 R-82, in, American Concrete Institute, 1986.
[14] P. Adebar, S. Mindess, D.S.-. Pierre, B. Olund, Shear tests of fiber concrete beams without stirrups, Structural Journal, 94(1) (1997) 68-76.
[15] P. Wang, Z. Huang, J. Jiang, Y. Wu, Performance of hybrid fiber reinforced concrete with steel fibers and polypropylene fibers, in:  Civil Engineering and Urban Planning 2012, 2012, pp. 458-461.
[16] A. Alhozaimy, P. Soroushian, F. Mirza, Mechanical properties of polypropylene fiber reinforced concrete and the effects of pozzolanic materials, Cement and Concrete Composites, 18(2) (1996) 85-92.
[17] A. Sivakumar, M. Santhanam, Mechanical properties of high strength concrete reinforced with metallic and non-metallic fibres, Cement and Concrete Composites, 29(8) (2007) 603-608.
[18] M. Hsie, C. Tu, P. Song, Mechanical properties of polypropylene hybrid fiber-reinforced concrete, Materials Science and Engineering: A, 494(1-2) (2008) 153-157.
[19] D.R. Sahoo, A. Solanki, A. Kumar, Influence of steel and polypropylene fibers on flexural behavior of RC beams, Journal of Materials in Civil Engineering, 27(8) (2014) 04014232.
[20] A. ACI, 318-11: Building Code Requirements for Structural Concrete, Farmington Hills, MI: American Concrete Institute,  (2011) 505.
[21] T. Shioya, M. Iguro, Y. Nojiri, H. Akiyama, T. Okada, Shear strength of large reinforced concrete beams, Special Publication, 118 (1990) 259-280.
[22] C. ASTM, 1609: Standard Test Method for Flexural Performance of Fiber-Reinforced Concrete (Using Beam With Third-Point Loading), ASTM vol. 0.4, 2 (2005).
[23] G.J. Parra-Montesinos, Shear strength of beams with deformed steel fibers, Concrete International, 28(11) (2006) 57-66.
[24] D.-Y. Yoo, J.-M. Yang, Effects of stirrup, steel fiber, and beam size on shear behavior of high-strength concrete beams, Cement and Concrete Composites, 87 (2018) 137-148.
[25] H.H. Dinh, Shear Behavior of Steel Fiber Reinforced Concrete Beams without Stirrup Reinforcement,  (2009).
[26] H. Aoude, M. Belghiti, W.D. Cook, D. Mitchell, Response of Steel Fiber-Reinforced Concrete Beams with and without Stirrups, ACI Structural Journal, 109(3) (2012).
[27] ASTM, Standard test method for sand equivalent value of soils and fine aggregate,  (2009).
[28] A. Committee, çASTM C 39 Standard Test Method for Compressive Strength of Cylindrical Concrete Specimensé, Annual Book of ASTM Standard, Section, 4 (2004).
[29] Y.-K. Kwak, M.O. Eberhard, W.-S. Kim, J. Kim, Shear strength of steel fiber-reinforced concrete beams without stirrups, ACI Structural Journal, 99(4) (2002) 530-538.
[30] A. Sharma, Shear strength of steel fiber reinforced concrete beams, in:  Journal Proceedings, 1986, pp. 624-628.
[31] M. Khuntia, B. Stojadinovic, S.C. Goel, Shear strength of normal and high-strength fiber reinforced concrete beams without stirrups, Structural Journal, 96(2) (1999) 282-289.
[32] R. Narayanan, I. Darwish, Use of steel fibers as shear reinforcement, Structural Journal, 84(3) (1987) 216-227.
[33] M. Imam, L. Vandewalle, F. Mortelmans, D. Van Gemert, Shear domain of fibre-reinforced high-strength concrete beams, Engineering structures, 19(9) (1997) 738-747.
[34] S.A. Ashour, G.S. Hasanain, F.F. Wafa, Shear behavior of high-strength fiber reinforced concrete beams, Structural Journal, 89(2) (1992) 176-184.
[35] S.-W. Shin, J.-G. Oh, S. Ghosh, Shear behavior of laboratory-sized high-strength concrete beams reinforced with bars and steel fibers, Special Publication, 142 (1994) 181-200.
[36] A.M. Neville, Creep of plain and structural concrete,  (1983).
[37] M. Mazloom, Estimating long-term creep and shrinkage of high-strength concrete, Cement and Concrete Composites, 30(4) (2008) 316-326.
نشریه مهندسی عمران امیرکبیر
دوره 53، شماره 4
تیر 1400
صفحه 1425-1442

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار