Assessment of the effectiveness of steel fibre reinforcement for the punching resistance of flat slabs by experimental research and design approach

The present paper deals with the experimental assessment of the effectiveness of steel fibre reinforcement in terms of punching resistance of centrically loaded flat slabs, and to the development of an analytical model capable of predicting the punching behaviour of this type of structures. For this purpose, eight slabs of 2550 x 2550 x 150 mm3 dimensions were tested up to failure, by investigating the influence of the content of steel fibres (0, 60, 75 and 90 kg/m3) and concrete strength class (50 and 70 MPa). Two reference slabs without fibre reinforcement, one for each concrete strength class, and one slab for each fibre content and each strength class compose the experimental program. All slabs were flexurally reinforced with a grid of ribbed steel bars in a percentage to assure punching failure mode for the reference slabs. Hooked ends steel fibres provided the unique shear reinforcement. The results have revealed that steel fibres are very effective in converting brittle punching failure into ductile flexural failure, by increasing both the ultimate load and deflection, as long as adequate fibre reinforcement is assured. An analytical model was developed based on the most recent concepts proposed by the fib Mode Code 2010 for predicting the punching resistance of flat slabs and for the characterization of the behaviour of fibre reinforced concrete. The most refined version of this model was capable of predicting the punching resistance of the tested slabs with excellent accuracy and coefficient of variation of about 5%.

Development of innovative hybrid sandwich panel slabs: Experimental results

The authors appreciate the collaboration of the following labs: Civitest for developing DHCC materials, PIEP for conducting VARTM process (Eng. Luis Oliveira) and Department of Civil Engineering of Minho University to perform the tests (Mr. Antonio Matos and Eng. Marco Jorge).

Pesquisa experimental para avaliação da eficiência da fibra de aço na resistência à punção de lajes lisas reforçadas simetricamente

O presente artigo é dedicado à avaliação experimental da eficiência do reforço com fibra de aço em termos da resistência à punção de lajes lisa carregadas simetricamente. Para este fim, oito lajes de 2550 x 2550 x 150 mm3 foram ensaiadas até a ruína, onde se investigou a influência do consumo de fibras (0, 60, 75 e 90 kg/m3) e da resistência do concreto (50 e 70 MPa). Duas lajes de referência, sem fibras, uma para cada classe de resistência do concreto, e uma laje para cada consumo de fibra e para cada classe de resistência do concreto compuseram o programa experimental. Todas as lajes foram armadas à flexão com barras de aço (armadura convencional) de forma a garantir a ruína por punção das lajes de referência. O único reforço transversal foi garantido pelas fibras de aço hooked ends com comprimento e diâmetro de 37 e 0,55 mm, respectivamente, e resistência à tração de aproximadamente 1100 MPa. Os resultados revelaram que as fibras de aço são muito eficientes em converter uma ruína frágil por cisalhamento em uma ruína dúctil por flexão, aprimorando ambos, carga de ruptura e deslocamento. Neste artigo o programa experimental é abordado em detalhe e os principais resultados são apresentados e discutidos.

Numerical simulation of the punching shear behaviour of self-compacting fibre reinforced flat slabs

This paper presents the numerical simulations of the punching behaviour of centrally loaded steel fibre reinforced self-compacting concrete (SFRSCC) flat slabs. Eight half scaled slabs reinforced with different content of hooked-end steel fibres (0, 60, 75 and 90 kg/m3) and concrete strengths of 50 and 70 MPa were tested and numerically modelled. Moreover, a total of 54 three-point bending tests were carried out to assess the post-cracking flexural tensile strength. All the slabs had a relatively high conventional flexural reinforcement in order to promote the occurrence of punching failure mode. Neither of the slabs had any type of specific shear reinforcement rather than the contribution of the steel fibres. The numerical simulations were performed according to the Reissner-Mindlin theory under the finite element method framework. Regarding the classic formulation of the Reissner-Mindlin theory, in order to simulate the progressive damage induced by cracking, the shell element is discretized into layers, being assumed a plane stress state in each layer. The numerical results are, then, compared with the experimental ones and it is possible to notice that they accurately predict the experimental force-deflection relationship. The type of failure observed experimentally was also predicted in the numerical simulations.

Assessment of the performance of steel fibre reinforced self-compacting concrete in elevated slabs

The reinforcement mechanisms at the cross section level assured by fibres bridging the cracks in steel fibre reinforced self-compacting concrete (SFRSCC) can be significantly amplified at structural level when the SFRSCC is applied in structures with high support redundancy, such is the case of elevated slab systems. To evaluate the potentialities of SFRSCC as the fundamental material of elevated slab systems, a ¼ scale SFRSCC prototype of a residential building was designed, built and tested. The extensive experimental program includes material tests for characterizing the relevant properties of SFRSCC, as well as structural tests for assessing the performance of the prototype at serviceability and ultimate limit conditions. Three distinct approaches where adopted to derive the constitutive laws of the SFRSCC in tension that were used in finite element material nonlinear analysis to evaluate the reliability of these approaches in the prediction of the load carrying capacity of the prototype.

Lightweight adjustable partition system: evaluation of resistance to horizontal loads and functional failure from impacts

This paper presents and discusses the results of the serviciability and use condition tests carried on an innovative solution for partitions, designated AdjustMembrane developed within a research project. The proposed system is a modular non-loadbearing wall, tensioned between the pavements and ceiling slabs, which are used as anchoring elements. It allows several advantages, related with the weight reduction to achieve a good sustainable performance, such as the reduction of construction costs, energy, and materials, and it is easy to recycle and to reuse, allowing self-construction. Apart from a general presentation of the partition technology, this paper presents and discusses the results of experimental tests carried out. From the results obtained, it is possible to conclude that the solution fulfils the requirements for this typology of wall in terms of resistance to horizontal loads induced by soft and hard body impacts.

Experimental analysis of new interfaces for connections by adhesion, interlocking and friction.

The authors thank the federal agency CAPES and the Foundation for Research Support of the state of Sao Paulo, Brazil (FAPESP) for providing a PhD scholarship, and the University of Minho, in Portugal, for the international collaboration.

Modelo para calcular a contribuição da fibra na resistência à punção de lajes em concreto reforçado com fibra de aço

Neste artigo, formulações analíticas são desenvolvidas para calcular a resistência à punção de lajes lisas de concreto reforçado com fibras de aço (CRFA) e que também são reforçadas à flexão por barras de aço (reforço convencional). A partir de análises estatísticas sobre um banco de dados que reúne resultados experimentais de caracterização do comportamento pós-fissuração do CRFA, equações são estabelecidas para avaliar parâmetros da resistência residual à tração na flexão (fRi) a partir de informações fundamentais que caracterizam a fibra de aço. O parâmetro de resistência fRi, proposto pelo ModelCode10 foi usado para definir a lei tensão-abertura da fissura (σ-w) que simula o mecanismo de reforço da fibra em um material cimentício. A segunda parte do artigo descreve uma formulação analítica baseada nos conceitos propostos por Muttoni e Ruiz, onde a lei σ-w é convenientemente integrada para simular a contribuição da fibra de aço na resistência à punção de lajes em CRFA. A partir de um banco de dados, composto de 154 ensaios de punção, o bom desempenho da proposta apresentada é demonstrado. O desempenho do modelo também é evidenciado comparando-se os seus resultados a outros modelos.

Modelo para calcular a resistência à punção de lajes lisas simétricas reforçadas com fibras de aço

O presente artigo discute a metodologia de um novo modelo para calcular a resistência à punção simétrica de lajes de concreto reforçado com fibras de aço (CRFA). O modelo é fundamentado na teoria da fissura crítica de cisalhamento de Muttoni e seus coautores e na proposta do ModelCode10 para simular o comportamento pós-fissuração do CRFA. O desempenho do modelo é avaliado a partir de um banco de dados (BD), coletado da literatura técnica, que totaliza 154 lajes. Os resultados são avaliados em função da precisão, da dispersão e do nível de conservadorismo, a partir do parâmetro λ=Vexp/Vteo, sendo Vexp e Vteo, respectivamente, os resultados obtidos do BD e do modelo. Finalmente, para confirmar o desempenho do modelo, os seus resultados são comparados a outros 7 modelos da literatura técnica e ambos são classificados segundo o critério modificado de Collins, o Demerit Points Classifications – DPC.

Creep behaviour of cracked steel fibre reinforced self-compacting concrete laminar structures

Tese de Doutoramento - Civil Engineering

Evaluation of the performance of steel fibre reinforced self-compacting concrete in elevated slab systems; from the material to the structure

Degree of Doctor of Philosophy of Structural/Civil Engineering

Influência do tipo de adesivo no comportamento de elementos de betão reforçados com laminados de CFRP de acordo com a técnica NSM

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Civil

Comportamento de lajes de betão armado pré-fendilhadas e reforçadas à flexão com laminados de CFRP inseridos pré-tensionados

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Civil

Avaliação experimental da utilização de conectores indentados em elementos mistos de aço e betão leve

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Civil

Efeito do carregamento cíclico e da pré-fendilhação do betão no comportamento de lajes de betão armado reforçadas à flexão com laminados de CFRP inseridos

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Civil