Behaviour of Steel-Fibre-Reinforced Normal

Behaviour of Steel-Fibre-Reinforced Normal

Behaviour of Steel-Fibre-Reinforced NormalStrength Concrete Slender Columns Under
Cyclic Loading
En: Engineering Structures. Vol. 39; pp 162–175.
June, 2012
Autores: Karen E. Caballero-Morrison1, José L.
Bonet, Juan Navarro-Gregori, José R. MartíVargas
1
Facultad de Ingeniería Civil, Universidad
Tecnológica de Panamá
Resumen: la ductilidad es una característica
deseable en cualquier diseño estructural ya que
garantiza la seguridad de la estructura ante
sobrecargas imprevistas y/o inversiones de carga.
Cabe señalar que en las columnas situadas en los
edificios de hormigón armado es posible la
formación de rótulas plásticas, especialmente en la
unión soporte-cimentación. La capacidad de
deformación del soporte depende de la esbeltez.
Sin embargo, son escasos los ensayos
experimentales de soportes de esbeltez media
(entre 5 y 10) sometidos a cargas cíclicas
fabricados con hormigones con o sin fibras de
acero.
En este artículo se presenta un estudio
experimental sobre el comportamiento de soportes
esbeltos sometidos a esfuerzos combinados de
compresión constante y carga lateral cíclica. Se
han realizado 14 ensayos con el objetivo de
conocer el comportamiento de este tipo de
elementos y se han obtenido resultados
experimentales que permiten calibrar modelos
numéricos y validar métodos simplificados.
Las variables que se han estudiado son: la
esbeltez, el nivel de carga axial, la cuantía de
armadura, transversal y el contenido de fibras de
acero en la masa de hormigón. Se ha analizado la
capacidad resistente y de deformación de dichos
soportes. Se ha constatado que la ductilidad
depende de las cuatro variables analizadas. Se ha
verificado que la inclusión de fibras de acero en la
masa de hormigón incrementa la capacidad de
deformación; para mejorar su efectividad es
necesario disponer de forma adecuada una cuantía
mínima de armadura transversal con el objeto de
asegurar un comportamiento del soporte sin
pérdidas de resistencia significativas frente a
cargas cíclicas. Se ha comprobado que la esbeltez
influye en la capacidad de deformación si los
efectos de segundo orden son importantes, la
sección es suficientemente dúctil y la rotura se
produce por agotamiento de los materiales.
Palabras claves: esbeltez de columna, hormigón
confinado, hormigón reforzado, fibras de acero,
ductilidad, energía de disipación, esfuerzos, carga
axial, carga cíclica.
Abstract: the inclusion of ductility requirements
is necessary to guarantee a safety design of
concrete structures subjected to unexpected and/or
reversal loads. It is important to outline that
plastic hinges may develop in columns of
reinforced concrete buildings, especially in
column-foundation joints. The deformation
capacity of the column depends on its slenderness.
However, for the case of cyclic loading, few
experimental tests of normal and fibre-reinforced
concrete columns in the range of medium
slenderness (between 5 and 10) have been
performed.
This paper presents an experimental research work
on the behavior of slender columns subjected to
combinations of constant axial and lateral cyclic
loads. In order to study the behavior of this type of
elements fourteen experimental tests are
performed. The experimental results make it
possible to calibrate numerical models, as well as,
to validate simplified methods.
The following variables are studied: slenderness,
axial
load
level,
volumetric
transverse
reinforcement ratio, and volumetric steel-fibre
ratio. The maximum load and deformation
capacity of the columns has been analyzed. It is
interesting to note that ductility depends on the
four tested variables analyzed. Moreover, the
inclusion of steel-fibres into the concrete mixture
increases the deformation capacity. In order to
improve the steel fibres effectiveness the inclusion
of a minimum transverse reinforcement is
required. Thus, the column behavior suffers
moderate strength losses due to cyclic loads.
Finally, slenderness influences the deformation
capacity if second-order effects are important, the
cross-section has a ductile behavior, and materials
capacity is reached.
Keywords: Slender column confined concrete,
reinforced concrete, steel fibre, ductility, energy
dissipation, strength, axial load, cyclic load.