ارزیابی اثر نوع بتن و قطر میلگرد بر مقاومت پیوستگی در سازه‌های بتن‌آرمه

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری/دانشگاه فردوسی مشهد

2 دانشیار، دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

عملکرد سازه های بتنی متاثر از انتقال نیرو بین میلگرد و بتن (پیوستگی) است که به عوامل زیادی مانند مقاومت بتن، تنش تسلیم میلگرد، هندسه آج ها، قطر میلگرد، پوشش بتن و طول پیوستگی وابسته است. از یک سو مزیت‌های منحصر به فرد بتن‌های فوق‌توانمند مانند چگالی، ضریب کشسانی و مقاومت بالا، نفوذپذیری کم و دوام بالا در برابر حملات شیمیایی علاقه به استفاده از آن را در صنعت ساختمان افزایش داده است. از سوی دیگر پیشرفت علم مواد امکان تهیه میلگردهای با مقاومت تسلیم بالاتر با حفظ شکل پذیری مناسب را فراهم کرده است. در‌حالیکه اکثر روابط توصیه شده در آیین‌نامه‌ها براساس میلگردها و بتن‌های معمولی است. بنابراین ضرورت دارد تحقیقات بیشتری بر روی ترکیب مصالح جدید با همدیگر برای شناخت بهتر رفتار سازه‌ها صورت پذیرد. در این پژوهش تعداد 24 نمونه مکعبی به ابعاد 20×20×20 سانتی‌متر و 25×25×25 سانتی‌متر، از بتن فوق‌توانمند و معمولی مسلح شده با یک میلگرد مقاومت بالا از قطرهای 12، 16 و 25 میلی‌متر در راستای مرکز نمونه، با دو طول پیوستگی (دو و چهار برابر قطر میلگرد)، ساخته شده و تحت آزمایش بیرون کشیدگی قرار گرفته است. نتایج نشان می‌دهد که مقاومت فشاری بتن و نسبت پوشش بتن به قطر، طول پیوستگی و تنش تسلیم میلگرد نقش مهمی در امکان وقوع هریک از حالت‌های گسیختگی دارند. هم‌چنین بتن فوق‌توانمند با افزایش مقاومت پیوستگی تا نزدیک 5 برابر بتن معمولی امکان کاهش عمده در طول مهاری مورد نیاز را فراهم می‌کند. با توجه به منحنی‌های پیوستگی-لغزش بتن فوق‌توانمند ساخته شده در این پروژه رفتار تردتری نسبت به بتن معمولی دارد. در بتن معمولی با افزایش طول پیوستگی، بیشینه تنش پیوستگی افزایش می‌یابد در‌حالیکه در بتن فوق‌توانمند افزایش طول پیوستگی باعث کاهش بیشینه تنش پیوستگی می‌گردد. برای پیش‌بینی رفتار پیوستگی-لغزش مدل جدیدی پیشنهاد شده است

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

The effect of concrete type and rebar diameter on bond strength in reinforced concrete structures

نویسندگان [English]

  • Samaneh Khaksefidi 1
  • Mansour Ghalehnovi 2
1 PHD candidate/ Ferdowsi University of Mashhad
2 Associate professor, Faculty of Engineering, Ferdowsi University of Mashhad
چکیده [English]

Concrete is the most widely used building material in recent decades, and researchers are innovating in the production of this material to improve some of it’s properties such as strength and durability. A part of these innovative efforts has led to the production of a new class of concrete called ultra-high performance concrete (UHPC). UHPC has the unique mechanical features that provide opportunities for the development of new techniques of construction, repairs and renovation of concrete structures. While most of the recommended relationships in the standards are based on normal strength concrete (NSC), it is necessary to know more about ultra-high performance concrete behavior. This study aimed to investigate bond behavior (the interaction between rebar and concrete) because it directly affects the performance of concrete structures. 24 cubic concrete specimens (20 cm and 25cm wide) with a centered rebar and two bond lengths, using UHPC and NSC, were subjected to pull-out tests. Concrete’s compressive strength and relative cover, bond length, and yield stress of the rebar significantly influence the failure mode. UHPC reduces the embedded length of rebars by increasing bond strength up to 5 times that in NSC. Regarding to the bond-slip curves, plain UHPC (used in this study) had less ductility than NSC. In NSC, increasing the bond length increases the maximum bond stress, while in UHPC, for increasing bond length, the maximum bond stress decreases. New relationships have been proposed to predict bond-slip behavior.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Ultra-high performance concrete (UHPC)
  • High-strength rebar
  • Bond
  • Slip
  • Pull-out
[1] Rahdar, H.A. and Ghalehnovi, M. (2017). Post-Cracking Behavior of the Tensile Specimens Made from Ultra High Performance Concrete, Reinforced by GFRP Rebar. Journal of Structural and Construction Engineering, 6(1), 172-201.
[2] Khazaeeu, A. and Ghalehnovi, M. (2018). Bearing stiffness of UHPC; an experimental investigation and a comparative study of regression and SVR-ABC models. Journal of Advanced Concrete Technology, 16(3), 145-158.
[3] Rahdar, H.A. and Ghalehnovi, M. (2016). Post-cracking behavior of UHPC on the concrete members reinforced by steel rebar. Computers and Concrete, 18(1), 139-154.
[4] Harajli, M.H. and Mabsout, M. (2002). Evaluation of bond strength of steel reinforcing bars in plain and fiber-reinforced concrete. ACI Structural Journal, 99(4), 509-517.
[5] Lin, H., Zhao, Y., Ozbolt, J., Feng, P., Jiang, C. and Eligehausen, R. (2019). Analytical model for the bond stress-slip relationship of deformed bars in normal strength concrete. Construction and Building Materials, 198, 570-586.
[6] Lin, X. and Zhang, Y. (2014). Evaluation of bond stress-slip models for FRP reinforcing bars in concrete. Composite Structures, 107, 131-141.
[7] Chao, S.-H., Naaman, A.E. and Parra-Montesinos, G.J. (2009). Bond behavior of reinforcing bars in tensile strain-hardening fiber-reinforced cement composites. ACI Structural Journal, 106(6), 897.
[8] Sulaiman, M.F., Ma, C.-K., Apandi, N.M., Chin, S., Awang, A.Z., Mansur, S.A., et al. (2017). A review on bond and anchorage of confined high-strength concrete. Structures, 11, 97-109.
[9] Alkaysi, M. and El-Tawil, S. (2017). Factors affecting bond development between Ultra High Performance Concrete (UHPC) and steel bar reinforcement. Construction and Building Materials, 144, 412-422.
[10] Shayanfar, M., Ghalehnovi, M. and Safiey, A. (2007). Corrosion effects on tension stiffening behavior of reinforced concrete. Computers and Concrete, 4(5).
[11] Taber, L.H., Belarbi, A. and Richardson, D.N. (2002). Effect of Reinforcing Bar Contamination on Steel-Concrete Bond During Concrete Construction. ACI Special Publication, 209, 839-862.
[12] Yuan, J. and Graybeal, B. (2016).  Evaluation of Bond of Reinforcing Steel in UHPC: Design Parameters and Material Property Characterization. In Proceedings, First International Interactive Symposium on UHPC. Des Moines, Iowa
[13] Zhou, Z. and Qiao, P. (2018). Bond behavior of epoxy-coated rebar in ultra-high performance concrete. Construction and Building Materials, 182, 406-417.
[14] Pishro, A.A. and Feng, X. (2018). Experimental and Numerical Study of Nano-Silica Additions on the Local Bond of Ultra-High Performance Concrete and Steel Reinforcing Bar. Civil Engineering Journal, 3(12), 1339-1348.
[15] Roy, M., Hollmann, C. and Wille, K. (2017). Influence of volume fraction and orientation of fibers on the pullout behavior of reinforcement bar embedded in ultra high performance concrete. Construction and Building Materials, 146, 582-593.
[16] Esfahani, M.R. and Rangan, B.V. (1998). Bond between normal strength and high-strength concrete (HSC) and reinforcing bars in splices in beams. Structural Journal, 95(3), 272-280.
[17] Marchand, P., Baby, F., Khadour, A., Battesti, T., Rivillon, P., Quiertant, M., et al. (2016). Bond behaviour of reinforcing bars in UHPFRC. Materials and Structures, 49(5), 1979-1995.
[18] Rahdar, H.A. and Ghalehnovi, M. (2016). The characteristic of ultra-high performance concrete and cracking behavior of reinforced concrete tensile specimens. Journal of Structural and Construction Engineering, 3(2), 42-58.
[19] RILEM-TC. (1994). RC 6 Bond test for reinforcement steel. 2. Pull-out test, 1983.  RILEM Recommendations for the Testing and Use of Constructions Materials. London: E & FN SPON,  218-220.
[20] Ronanki, V.S., Aaleti, S. and Valentim, D.B. (2018). Experimental investigation of bond behavior of mild steel reinforcement in UHPC. Engineering Structures, 176, 707-718.
[21] A944-10, A. (2015). Standard test method for comparing bond strength of steel reinforcing bars to concrete using beam-end specimens.  Annual Book of ASTM Standards. West Conshohocken, PA: ASTM International.
[22] RILEM-TC. (1994). RC 5 Bond test for reinforcement steel. 1. Beam test,1982.  RILEM Recommendations for the Testing and Use of Constructions Materials. London: E & FN SPON,  213-217.
[23] Looney, T.J., Arezoumandi, M., Volz, J.S. and Myers, J.J. (2012). An experimental study on bond strength of reinforcing steel in self-consolidating concrete. International journal of concrete structures and materials, 6(3), 187-197.
[24] Yoo, D.-Y. and Shin, H.-O. (2018). Bond performance of steel rebar embedded in 80–180 MPa ultra-high-strength concrete. Cement and Concrete Composites, 93, 206-217.
[25] Rao, G.A., Pandurangan, K., Sultana, F. and Eligehausen, R. (2007). Studies on the pull-out strength of ribbed bars in high-strength concrete. In Proceeding of the 6th International Association of Fracture Mechanics for Concrete and Concrete Structures Catania, Italy: Taylor & Francis, 295-301.
[26] De Larrard, F., Shaller, I. and Fuchs, J. (1993). Effect of the bar diameter on the bond strength of passive reinforcement in high-performance concrete. ACI Materials Journal, 90(4), 333-339.
[27] Hossain, K.M.A. (2008). Bond characteristics of plain and deformed bars in lightweight pumice concrete. Construction and Building Materials, 22(7), 1491-1499.
[28] Pour, S.M. and Alam, M.S. (2016). Investigation of compressive bond behavior of steel rebar embedded in concrete with partial recycled aggregate replacement. Structures, 7, 153-164.
[29] Yuan, J. and Graybeal, B. (2015). Bond of Reinforcement in Ultra-High-Performance Concrete. ACI Structural Journal, 112(6).
[30] Eligehausen, R., Popov, E.P. and Bertero, V.V. (1982). Local bond stress-slip relationships of deformed bars under generalized excitations. In Proceedings of the 7th European Conference on Earthquake Engineering; Athens, Greece69-80.
[31] Fédération internationale du béton. (2013). CEB-FIP model code 2010, first completed draft. Lausanne, Switzerland: Ernst & Sohn, a Wiley brand.