The high strength materials have been more widely used in reinforced concrete structures because of the benefits of the mechanical and durable properties. Generally, it is known that the ductility decreases with an increase in the strength of the materials. In the design of a reinforced concrete beam, both the flexural strength and ductility need to be considered. Especially, when a reinforced concrete structure may be subjected an earthquake, the members need to have a sufficient ductility. So, each design code has specified to provide a consistent level of minimum flexural ductility in seismic design of concrete structures. Therefore, it is necessary to assess accurately the ductility of the beam sections with high strength materials in order to ensure the ductility requirement in design. In this study, the effects of concrete strength, yield strength of reinforcement steel and amount of reinforcement including compression reinforcement on the complete moment-curvature behavior and the curvature ductility factor of doubly reinforcement concrete beam sections have been evaluated and a newly prediction formula for curvature ductility factor of doubly RC beam sections has been developed considering the stress of compression reinforcement at ultimate state. Based on the numerical analysis results, the proposed predictions for the curvature ductility factor are verified by comparisons with other prediction formulas. The proposed formula offers fairly accurate and consistent predictions for curvature ductility factor of doubly reinforced concrete beam sections.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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제2권2호
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pp.115-122
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2008
Ductility is important in the design of reinforced concrete structures. In seismic design of reinforced concrete members, it is necessary to allow for relatively large ductility so that the seismic energy is absorbed to avoid shear failure or significant degradation of strength even after yielding of reinforcing steels in the concrete member occurs. Therefore, prediction of the ductility should be as accurate as possible. The principal aim of this paper is to present the basic data for the ductility evaluation of reinforced high-strength concrete beams. Accordingly, 23 flexural tests were conducted on full-scale structural concrete beam specimens having concrete compressive strength of 40, 60, and 70MPa. The test results were then reviewed in terms of flexural capacity and ductility. The effect of concrete compressive strength, web reinforcement ratio, tension steel ratio, and shear span to beam depth ratio on ductility were investigated experimentally.
Recently, the high-strength concrete is increasingly used in the construction of reinforced concrete structures due to its benefits, but this use is influenced negatively on the local ductility of structural elements. The objective of this study is the prediction of a new approach to evaluate the curvature ductility factor of high strength concrete beams according to Eurocode 2. After the presentation of the Constitutive laws of materials and the evaluation method of curvature ductility according to the Eurocode 2, we conduct a parametric study on the factors influencing the curvature ductility of inflected sections. The calibrating of the obtained results allows predicting a very simple approach for estimating the curvature ductility factor. The proposed formula allows to calculate the curvature ductility factor of high strength concrete beams directly according to the concrete strength $f_{ck}$, the yield strength of steel $f_{yk}$ and the ratio of tension and compression reinforcements ${\rho}$ and ${\rho}^{\prime}$ respectively, this proposed formula is validated by theoretical and experimental results of different researchers.
The complete moment-curvature curves of doubly reinforced concrete beams made of normal- or high-strength concrete have been evaluated using a newly developed analytical method that takes into account the stress-path dependence of the constitutive properties of the materials. From the moment-curvature curves and the strain distribution results obtained, the post-peak behavior and flexural ductility of doubly reinforced normal- and high-strength concrete beam sections are studied. It is found that the major factors affecting the flexural ductility of reinforced concrete beam sections are the tension steel ratio, compression steel ratio and concrete grade. Generally, the flexural ductility decreases as the amount of tension reinforcement increases, but increases as the amount of compression reinforcement increases. However, the effect of the concrete grade on flexural ductility is fairly complicated, as will be explained in the paper. Quantitative analysis of such effects has been carried out and a formula for direct evaluation of the flexural ductility of doubly reinforced concrete sections developed. The formula should be useful for the ductility design of doubly reinforced normal- and high-strength concrete beams.
From the structural safety point of view, ductility is an important parameter, a relatively high level of curvature ductility would provide to the structure an increased chance of survival against accidental impact and seismic attack. The ductility of reinforced concrete beams is very important, because it is the property that allows structures to dissipate energy in seismic zone. This paper presents a revision of an earlier formula for predicting the curvature ductility factor of unconfined HSC beams to make it simpler in the use. The new formula is compared with the earlier formula and other numerical and experimental results. The new formula regroups all parameters can affecting the curvature ductility of unconfined HSC beams and it has the same domain of application as the earlier formula.
This study was focused on the effect of concrete strength and lateral ties of concrete columns using high-strength concrete. Thirty-six concrete columns with 20cm square cross-section were tested. Experimental parameters included the concrete strength, the distribution of longitudinal bars and the volumetric ratio, yield strength, spacing of lateral ties. From the experiments, we found that: 1) the increasing rate of the strength and ductility of concrete columns caused by confinement of lateral ties was decreasing, as the concrete strength increased. 2) The high volumetric ratio and the reduction of tie spacing had a tendency to enhance the strength and improve the ductility. 3) The high-strength concrete columns required high volumetric ratio of lateral ties to maintain the proper strength and ductility. It was observed that the current AIK design code to specify the maximum tie spacing of high-strength concrete columns led to the poor strength and ductility for seismic design.
Ductility is an important consideration in the design of reinforced high-strength concrete. Therefore, this research investigate the ductile behavior of rectangular high-strength concrete columns like as bridge piers with confinement steel. The effect on the ductility of axial load, lateral reinforcement ratio, longitudinal reinforcement ratio, shear ratio, and compressive strength of concrete were investigated analytically using layered section analysis. As the results, it was proposed the proper relationship between ductility and variables and formulated into equations.
The ductility is an important consideration in the design of reinforced concrete structures. In the seismic design of reinforced concrete columns, it is necessary to allow for relatively large ductilities that the seismic energy be absorbed without shear failure of significant strength degradation after the reinforcement yielding in columns. Therefore, prediction of the ductility should be as accurate as possible. This research investigate the ductile behavior of rectangular reinforced high-strength concrete columns like as bridge piers with confinement steel. The effects on the ductility of axial load, lateral reinforcement ratio, longitudinal reinforcement ratio, shear span ratio, and compressive strength of concrete were investigated analytically using layered section analysis. as the results, it was proposed the proper relationship between ductility and variables and formulated into equations.
In the design of concrete columns, it is important to provide some nominal flexural ductility even for structures not subjected to earthquake attack. Currently, the nominal flexural ductility is provided by imposing empirical deemed-to-satisfy rules, which limit the minimum size and maximum spacing of the confining reinforcement. However, these existing empirical rules have the major shortcoming that the actual level of flexural ductility provided is not consistent, being generally lower at higher concrete strength or higher axial load level. Hence, for high-strength concrete columns subjected to high axial loads, these existing rules are unsafe. Herein, the combined effects of concrete strength, axial load level, confining pressure and longitudinal steel ratio on the flexural ductility are evaluated using nonlinear moment-curvature analysis. Based on the numerical results, a new design method that provides a consistent level of nominal flexural ductility by imposing an upper limit to the axial load level or a lower limit to the confining pressure is developed. Lastly, two formulas and one design chart for direct evaluation of the maximum axial load level and minimum confining pressure are produced.
The flexural ductility of solid rectangular reinforced concrete beams has been studied quite extensively. However, many reinforced concrete beams are neither solid nor rectangular; examples include T-, ${\Gamma}$-, ${\Pi}$- and box-shaped beams. There have been few studies on the flexural ductility of non-rectangular reinforced concrete beams and as a result little is known about the possible effect of sectional shape on flexural ductility. Herein, the effect of sectional shape on the post-peak flexural behaviour of reinforced normal and high-strength concrete beams has been studied using a newly developed analysis method that employs the actual stress-strain curves of the constitutive materials and takes into account the stress-path dependence of the stress-strain curve of the steel reinforcement. It was revealed that the sectional shape could have significant effect on the flexural ductility of a concrete beam and that the flexural ductility of a T-, ${\Gamma}$-, ${\Pi}$- or box-shaped beam is generally lower than that of a solid rectangular beam with the same overall dimensions and the same amount of reinforcement provided. Based on the numerical results obtained, a simple method of ensuring the provision of a certain minimum level of flexural ductility to non-rectangular concrete beams has been developed.
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