Evaluation of using ultra-high performance fiber reinforced concrete in I-section RC beam

Abstract

Ultra-High Performance Fiber Reinforced Concrete (UHPFRC) has a potential to provide more economic, aesthetic and long-life structures than Conventional Concrete (CC), thanks to its superior mechanical properties. Although various advantages of using UHPFRC in rectangular section beams have been demonstrated, there is a need for experimental and numerical studies on I- section beams. In the study, pros and cons of using UHPFRC for I-section RC beams was experimentally evaluated in context of flexural /shear behavior. Based on the experimental results, usability of the UHPFRC beam design procedure in Association Francaise De Genie (AFGC) 2013 recommendations was evaluated. The beams with different reinforcement ratio were tested under flexural loading and load deflection behaviors, failure modes, deflection ductilities, capacities, flexural stiffness, cracking response and strain response of concrete/reinforcement were investigated on the test beams. The use of UHPFRC in I-section beams has provided significant advantages in terms of the beam flexural and shear capacity, the stiffness and the crack limiting in comparison to CC for all the reinforcement ratios considered in the study. The effect of UHPFRC on these parameters varied according to the ratio of reinforcement used in the beam. The use of UHPFRC has caused a disadvantage for the beam ductility and the cracking behavior after peak-load, especially at the low reinforcement ratios. This negative effect of UHPFRC turned into an advantage at the beam with highest reinforcement ratio. With the numerical procedure in AFGC 2013 manual, UHPFRC beam flexural capacities could be determined with sufficient accuracy. However, when the high reinforcement ratios are reached in the UHPFRC beams, it has been observed that the ultimate limit strains obtained from AFGC procedure may be inconsistent with the experimental results.

Ultra Yüksek Performanslı Lifli Beton (UYPLB) üstün mekanik özellikleri sayesinde, Geleneksel Betona (GB) göre daha ekonomik, estetik ve uzun ömürlü yapılara imkan verebilecek potansiyele sahiptir. UYPLB kullanımının, dikdörtgen enkesitli kirişlerde çeşitli avantajları ortaya konmuş olmakla birlikte, I-enkesitli kirişler için deneysel ve nümerik incelemelere ihtiyaç bulunmaktadır. Çalışmada, I-enkesitli kirişlerde UYPLB kullanımının eğilme/kesme davranışına etkileri deneysel olarak incelenmiş, avantaj ve dezavantajları değerlendirilmiştir. Deneysel sonuçlar referans alınarak, UYPLB kirişlerin tasarımına yönelik Association Française De Génie (AFGC) 2013 sayısal prosedürünün kullanılabilirliği değerlendirilmiştir. Farklı donatı oranına sahip kirişlere eğilme testi uygulanmış ve yük-deplasman davranışları, kırılma şekilleri, taşıma kapasiteleri, deplasman süneklikleri, çatlak davranışları, eğilme rijitlikleri ve beton/donatı şekildeğiştirme davranışları belirlenmiştir. I-enkesitli kirişlerde UYPLB kullanımı, çalışmada incelenen tüm donatı oranları için eğilme ve kesme kapasitesi, rijitlik ve çatlak sınırlama bakımından GB’ye göre önemli avantajlar sağlamıştır. UYPLB’nin etkisi kullanılan donatı oranına göre farklılık göstermiştir. UYPLB kullanımı kiriş süneklikleri ve maksimum yük sonrası çatlak davranışı bakımından özellikle düşük donatı oranlarında bir dezavantaja neden olmuştur. UYPLB’nin bu olumsuz etkisi en yüksek donatı oranına sahip kirişte avantaja dönüşmüştür. AFGC 2013 kılavuzundaki sayısal prosedür ile kiriş eğilme kapasiteleri yeterli doğrulukla belirlenebilmiştir. Ancak, UYPLB kirişlerde yüksek donatı oranlarına çıkıldığında, AFGC 2013’deki taşıma gücü limit durumuna ait şekildeğiştirmelerde deneysel sonuçlarla uyumsuzluklar oluşabildiği görülmüştür.