Load-bearing capacity and strain of the shear area of beams made of fine-aggregate fiber composite

openaccess, Vol. 625 (9) 2024 / czwartek, 26 września, 2024

Nośność i odkształcenia strefy przypodporowej belek wykonanych z drobnokruszywowego fibrokompozytu

(Open Access)

DOI: 10.15199/33.2024.09.01

citation/cytuj: Głodkowska W., Lehmann, M.  Load-bearing capacity and strain of the shear area of beams made of fine-aggregate fiber composite. Materiały Budowlane. 2024. Volume 625. Issue 9. Pages 1-10. DOI: 10.15199/33.2024.09.01

The article presents selected results of shear tests of reinforced concrete beams made of fine aggregate composite with the addition of steel fibers in the amount of 1.2%in relation to the volume of the composite. 20 beams with different shear reinforcement ratio in the form of stirrups, with and without the addition of steel fibers, were tested. The results of tests of the shear capacity and strain of the side surface of beams and stirrups are discussed. The conducted research, which is a part of a wide research program, has show that the elaborated composite with steel fibers, whose properties are similar or better than that of ordinary concrete, can be successfully used to make structural elements in terms of shear resistance. Composite, due to its properties and nature of work in shear conditions, could be analternative to ordinary concrete in some applications.

W artykule przedstawiono wybrane wyniki badań belek żelbetowych na ścinanie wykonanych z drobnokruszywowego fibrokompozytu z dodatkiem włókien stalowych w ilości 1,2% w stosunku do objętości kompozytu. Zbadano nośność na ścinanie dwudziestu belek o różnym stopniu zbrojenia w postaci strzemion, z dodatkiem włókien stalowych i bez włókien. Omówiono wyniki badań nośności oraz odkształcenia powierzchni bocznej belek i strzemion. Przeprowadzone badania, które są fragmentem szerokiego programu, wykazały, że opracowanego fibrokompozytu, którego właściwości są zbliżone lub lepsze od betonu zwykłego, można z powodzeniem użyć do wykonania elementów konstrukcyjnych w aspekcie nośności na ścinanie. Ze względu na właściwości i charakter pracy w warunkach ścinania fibrokompozyt byłby w niektórych przypadkach zastosowania alternatywą dla betonu zwykłego.
fine aggregate; fibre composite; properties; shear bearing capacity; deformation; failure models.

drobnokruszywowy fibrokompozyt; właściwości; nośność na ścinanie; odkształcenia; modele zniszczenia.
  1. Yazıcı S, Inan G, Tabak V. Effect of aspect ratio and volume fraction of steel fiber on the mechanical properties of SFRC. Construction and Building Materials. 2007; https://doi. org/10.1016/j. conbuildmat. 2006.05.025.
  2. Hu H. Mechanical properties of SFRC using blended manufactured and recycled tyre steel fibres. Construction and Building Materials. 2018; https://doi. org/10.1016/j.conbuildmat.2017.12.116.
  3.  Li C, Zhao M, Zhang X, Li J, Li X, Zhao M. Effect of Steel Fiber Content on Shear Behavior of Reinforced Expanded-Shale Lightweight Concrete Beams with Stirrups. Materials. 2021; https://doi.org/10.3390/ma14051107.
  4.  Domski J, Zakrzewski M. Deflection of steel fiber reinforced concrete beams based on waste sand.Materials. 2020; https://doi.org/10.3390/ma13020392.
  5. Głodkowska W, Kobaka J. Estimating the properties of a fine aggregate fibre reinforced cementitious composite using non-destructivemethods. Journal ofCivilEngineering andManagement. 2018; https://doi.org/10.3846/jcem. 2018.6600.
  6.  Głodkowska W. Waste Sand Fiber Composite:Models of Description of Properties and Application. Annu. Set The Environ Prot; 2018.
  7.  Głodkowska W, Laskowska-Bury J, Kobaka J. Drobnokruszywowy kompozyt mineralny zbrojony włóknami rozproszonymi. Politechnika Koszalińska. 07.10.2021. Pat. 239641
  8. Batson G, Jenkins E, Spaney R. Steel Fibers as Shear Reinforcement Beams. ACI J. 1972, 69, 640 – 644.
  9.  SharmaA, Shear K. Strength of Steel Fiber Reinforced Concrete Beams.ACI J. 1986, 83, 624–628.
  10.  Narayanan R, Darwish I Y S. Use of Steel Fibres as Shear Reinforcement. ACI J. 1987, 84, 216 – 227.
  11.  You Z, Jalai S, Ding Y. The composite effect of steel fibres and stirrups on shear behaviour of beams using self consolidating concrete. Engineering Structures. 2011; https://doi. org/10.1016/j. engstruct. 2010.09.023.
  12.  Zhao J, Liang J, Chu L, Shen F. Experimental Study on Shear Behavior of Steel Fiber Reinforced Concrete Beams with High-Strength Reinforcement.Materials. 2018. https://doi. org/10.3390/ma11091682.
  13.  Ding Y, Yulin Z, Ning X, Azevedo C. Shear resistance and cracking behaviour of SFRC beams with and without axial load. Magazine of Concrete Research. 2014; https://doi. org/10.1680/macr. 14.00043.
  14.  Cuenca E, Conforti A, Minelli F, Plizzarii G A. A material-performance- -based database for FRC and RC elements under shear loading. Mater. Struct. 2018; https://doi. org/10.1617/s11527-017-1130-7.
  15.  Lantsoght E O L. Database of Shear Experiments on Steel Fiber Reinforced Concrete Beams without Stirrups. Materials 2019; https://doi. org/10.3390/ma12060917.
  16.  Lehman M. Nośność na ścinanie belek z fibrokompozytu na bazie piasków odpadowych. Politechnika Koszalińska. 06.2020.
  17.  Głodkowska W, Ziarkiewicz M. Cracking behavior of Steel Fiber Reinforced Waste Sand Concrete beams in flexure – experimental investigation and theoretical analysis. Engineering Structures. 2018; https://doi.org/10.1016/j.engstruct. 2018.08.097.
  18.  PN-EN 12620:2004 Kruszywa do betonu.
  19.  Subramaniam KVL, Gali S. Shear behaviour of Steel Fiber Reinforced Concrete using full-field displacement from digital image correlation. MATECWeb of Conferences. 2017; https://doi. org/10.1051/matecconf/201712004003.
  20.  Lim D H, Oh B H. Experimental and Theoretical Investigation on the Shear of Steel Fibre. Engineering Structures. 1999; https://doi. org/10.1016/S0141-0296 (98) 00049-2.
  21.  ASCE-ACI Committee 426. The Shear Strength of Reinforced Concrete Members. Journal of Structural Division. 1973; 99, 6.
  22.  Stratford T, Burgoyne C. Shear Analysis of Concrete with Brittle Reinforcement. Journal of composites for construction. 2003; https://doi. org/10.1061/(ASCE) 1090-0268 (2003) 7: 4 (323).
  23.  Breveglieri M, Aprile A, Barros JAO. Shear strengthening of reinforced concrete beams strengthened using embedded through section steel bars. Engineering Structures. 2014; https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2014.09.026.
prof. dr hab. inż. Wiesława Głodkowska, Politechnika Koszalińska, Wydział Inżynierii Lądowej, Środowiska i Geodezji
ORCID: 0000-0003-3719-5350
dr inż. Marek Lehmann, Politechnika Koszalińska, Wydział Inżynierii Lądowej, Środowiska i Geodezji
ORCID: 0000-0002-1314-3014

dr inż. Marek Lehmann, Politechnika Koszalińska, Wydział Inżynierii Lądowej, Środowiska i Geodezji
ORCID: 0000-0002-1314-3014

Corespondence address: marek.lehmann@tu.koszalin.pl

Full paper:

DOI: 10.15199/33.2024.09.01

Article in PDF file

Received: 20.05.2024 / Wpłynął do redakcji: 20.05.2024 r.
Revised: 03.06.2024 / Otrzymano poprawiony po recenzjach: 03.06.2024 r.
Published: 23.09.2024 r. / Opublikowano: 23.09.2024 r.