DOI: https://doi.org/10.32515/2664-262X.2023.8(39).2.70-76

Numerical study of the strength of bi-concrete reinforced bent beams

Dmytrii Romanenko

About the Authors

Dmytrii Romanenko, Lecturer of technical disciplines, VSP «Rubizhan Vocational College» DZ «Luhansk National University named after Taras Shevchenko», Rubizhne, Ukraine, e-mail: akotysh@gmail.com, ORCID ID: 0000-0002-4938-5234

Abstract

One of the methods of restoring the operational qualities of reinforced concrete bent elements is to strengthen their compressed zone. This reinforcement is performed by placing a concrete overlay, usually of a different grade of concrete than the existing element. In existing research publications, reinforcement of reinforced concrete structures with various materials was considered. A comparison of the reinforcement of experimentally tested different beams was made: unreinforced, reinforced with a layer of steel fiber concrete, polymer concrete, reinforced polymer concrete, fine-grained concrete and reinforcement, and others. Compared to unreinforced samples, all reinforcement methods significantly increased the load-bearing capacity. For beams reinforced with a layer of reinforced steel fiber concrete and polymer concrete, the bearing capacity increased by approximately 1.4 times. And in beams reinforced with a layer of reinforced fine-grained concrete, the indicator of the increase in bearing capacity is slightly less - about 1.18. In the work, a numerical and theoretical study of the position of the zero line in reinforced concrete beams made of concrete of different classes in the stretched and compressed parts of the cross section is performed. According to the task, namely the optimization of the geometric parameters of the location of concrete of different classes according to the height of the sections of bent reinforced concrete structures, the results of the calculation of the stress-strain state of reinforced concrete single-span beams with a rectangular cross-section of size b×h=100×150 mm were simulated and analyzed. The length of the beams was 1200 mm. The upper compressed part of the beams was modeled from C20/25 class concrete, and the lower stretched part - from C12/15 class concrete. The beam was reinforced with two reinforcing rods Ø12 mm of periodic profile class A400C in the stretched zone. Structural reinforcement of the beam frame was not taken into account during modeling. From the obtained studies, it can be seen that bi-concrete beams, in comparison with concrete beams, withstand more load. Therefore, the cross-section of the reinforced concrete beam decreases and its estimated cost decreases. The different ratio of stretched and compressed concrete to the height of the cross-section of bi-concrete beams has different effects on the overall load-bearing capacity of the beams. In the perspective of further developments in this direction, it is necessary to obtain optimal ratios of the concrete strength of the stretched and compressed zones at different ratios of their thickness.

Keywords

Bi-concrete reinforced beams, bending, numerical study

Full Text:

PDF

References

1. Barashykov, A.Ia. & Blali el Mustafa (2003). Vplyv sposobu pidsylennia na mitsnist', trischynostijkist' ta prohyny zalizobetonnykh balok [The influence of the method of reinforcement on the strength, crack resistance and deflection of reinforced concrete beams]. Zb. nauk. pr. NUVHP: Resursoekonomni materialy, konstruktsii, budivli ta sporudy  Coll. of science Ave. NUVHP: Resource-saving materials, constructions, buildings and structures, 9, 416-424 [in Ukrainian].

2. Barashykov, A.Ia., Sunak, O.P. & Boiarchuk, B.Ia. (2000). Eksperymental'ni doslidzhennia zghynal'nykh zalizobetonnykh elementiv, pidsylenykh riznymy sposobamy [Experimental studies of bending reinforced concrete elements reinforced by various methods]. Zb. nauk. pr. NUVHP: Resursoekonomni materialy, konstruktsii, budivli ta sporudy  Coll. of science Ave. NUVHP: Resource-saving materials, constructions, buildings and structures, 5. 294-297 [in Ukrainian].

3. Har'kava, O.V. & Hasenko, A.V. (2017). Vyznachennia mitsnosti zalizobetonnykh kolon pry kosomu stysku [Determination of the strength of reinforced concrete columns under oblique compression]. Nauka ta budivnytstvo  Science and construction, 4 (14), 29-35 [in Ukrainian].

4. Holyshev, A.B. & Tkachenko, Y.N. (2004). Pidsylennia nesuchykh zalizobetonnykh konstruktsij vyrobnychykh budivel' ta prosadochnykh osnov [Reinforcement of load-bearing reinforced concrete structures of industrial buildings and subsidence foundations] Logos [in Ukrainian].

5. Betonni ta zalizobetonni konstruktsii. Osnovni polozhennia proektuvannia [Concrete and reinforced concrete structures. Basic provisions of design]. (2009). DBN V.2.6-98:2009. Kyiv: Ministerstvo rehionalnoho rozvytku, budivnytstva ta zhytlovo-komunalnoho hospodarstva Ukrainy [in Ukrainian].

6. Budivel'ni materialy. Betony. Metody vyznachennia mitsnosti za kontrol'nymy zrazkamy [Building materials. Concretes. Methods of determination of strength according to control samples]. (2010). DSTU B V.2.7-214:2009 from September 1, 2010. Kyiv: Minrehionbud Ukrainy [in Ukrainian].

7. Budivel'ni materialy. Betony. Pravyla pidboru skladu [Building materials. Concretes. Rules of composition selection]. (2010). DSTU B V.2.7-215:2009 from September 1, 2010. Kyiv: Minrehionbud Ukrainy [in Ukrainian].

8. Yer'omenko, O.Yu. (2006). Efektyvnist' variantiv pidsylennia u stysnutij zoni zalizobetonnykh elementiv, scho pratsiuiut' na zghyn [Effectiveness of reinforcement options in the compressed zone of reinforced concrete elements operating in bending]. Extended abstract of candidate’s thesis. Kyiv [in Ukrainian].

9. Kochkar'ov, D. V. (2017). Inzhenerni metody rozrakhunku zalizobetonnykh statychno nevyznachnykh sterzhnevykh system [Engineering methods of calculating reinforced concrete statically indeterminate rod systems]. Zb. nauk. pr. UkrDUZT  Coll. of science UkrDUZT Ave, 170, 98-104 [in Ukrainian].

10. Mokhamed, Kh.K., Barashykov, A.Ia. & Murashko, L.A. (1995). Mitsnist' zalizobetonnykh nerozriznykh balok pislia ikh pidsylennia [Strength of reinforced concrete uncut beams after their reinforcement]. Kyiv :Vyscha shkola [in Ukrainian].

11. Khilo, E.R. & Popovych, B.S. (2005). Pidsylennia zalizobetonnykh konstruktsij iz zminoiu ikh rozrakhunkovoho napruzhenoho stanu [Strengthening of reinforced concrete structures with a change in their estimated stress state]. Lviv: Vyshcha shkola [in Ukrainian].

12. Pavlikov, A.M., Harkava, О.V., Hasenko, А.V. & Andriiets, К.І. (2019). Comparative analysis of numerical simulation results of work of biaxially bended reinforced concrete beams with experimental data. Bulletin of Odessa State Academy of Civil Engineering and Architecture, Vol. 77, P. 84-92 https://doi.org/10.31650/2415-377X-2019-77-84-92 [in English].

13. Wang, C., Shen, Y., Yang, R. & Wen, Z. (2017). Ductility and Ultimate Capacity of Prestressed Steel Reinforced Concrete Beams. Hindawi Mathematical Problems in Engineering, Vol. 6, 1467940 https://doi.org/10.1155/2017/1467940 [in English].

Citations

1. Барашиков А.Я., Блалі ель Мустафа. Вплив способу підсилення на міцність, тріщиностійкість та прогини залізобетонних балок. Зб. наук. пр. НУВГП: Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди. 2003. Вип. 9. С. 416-424.

2. Барашиков А.Я., Сунак О.П., Боярчук Б.Я. Експериментальні дослідження згинальних залізобетонних елементів, підсилених різними способами. Зб. наук. пр. НУВГП: Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди. 2000. Вип. 5. С. 294-297.

3. Гарькава О.В., Гасенко А.В. Визначення міцності залізобетонних колон при косому стиску. Наука та будівництво. 2017. Вип.4 (14). С. 29-35.

4. Голишев А.Б., Ткаченко Й.Н. Підсилення несучих залізобетонних конструкцій виробничих будівель та просадочних основ. К: Логос, 2004. 219 с.

5. ДБН В.2.6-98:2009. Бетонні та залізобетонні конструкції. Основні положення проектування. Київ: М-во регіонального розвитку, будівництва та житлово-комунального господарства України. 2009.

6. ДСТУ Б В.2.7-214:2009. Будівельні матеріали. Бетони. Методи визначення міцності за контрольними зразками. [Чинний від 2010-09-01]. Київ: Мінрегіонбуд України.

7. ДСТУ Б В.2.7-215:2009. Будівельні матеріали. Бетони. Правила підбору складу. [Чинний від 2010-09-01]. Київ: Мінрегіонбуд України.

8. Єрьоменко О.Ю. Ефективність варіантів підсилення у стиснутій зоні залізобетонних елементів, що працюють на згин: автореф. дис. на здобуття ступеня канд. техн. наук: 05.23.01. Київ, 2006. 20 с.

9. Кочкарьов Д. В. Інженерні методи розрахунку залізобетонних статично невизначних стержневих систем. Зб. наук. пр. УкрДУЗТ. 2017. Вип. 170. С. 98-104.

10. Мохамед Х.К., Барашиков А.Я., Мурашко Л.А. Міцність залізобетонних нерозрізних балок після їх підсилення. К: Вища школа, 1995. 591 с.

11. Хіло Е.Р., Попович Б.С. Підсилення залізобетонних конструкцій із зміною їх розрахункового напруженого стану. Львів: Вища школа, 2005. 38 с.

12. Pavlikov A.M., Harkava О.V., Hasenko А.V. & Andriiets К.І. Comparative analysis of numerical simulation results of work of biaxially bended reinforced concrete beams with experimental data. Bulletin of Odessa State Academy of Civil Engineering and Architecture. 2019. Vol. 77. P. 84-92. https://doi.org/10.31650/2415-377X-2019-77-84-92

13. Wang C., Shen Y., Yang R. & Wen Z. Ductility and Ultimate Capacity of Prestressed Steel Reinforced Concrete Beams. Hindawi Mathematical Problems in Engineering. 2017. Vol. 6, 1467940. https://doi.org/10.1155/2017/1467940

Copyright (c) 2023 Dmytrii Romanenko