Experimental and theoretical research on reinforced lightweight concrete flexural elements

Abstract

The paper deals with analysis of structural lightweight concrete. New lightweight concrete mixture made with expanded clay aggregate has been proposed and applied for experimental rein-forced concrete beams. Totally 8 beams with different rein-forcement ratios (0.309%, 0.557%, 0.895% and 1.255%) were tested under short-term four point bending loading. Stress-strain behavior of the beams under considerations has been investigated. Average strains at 4 different levels of pure bend-ing zone and vertical displacements at 12 different points of the beam were measured. During the test, deformations and crack-ing of the pure bending zone were additionally observed using high-speed digital video cameras. The data obtained by cameras were analyzed using digital image correlation technique. Applying the test data bending moments and curvature diagrams were derived for each beam. The obtained relationships were compared with theoretical results calculated using design code methods LST EN and STR. Using the inverse algorithm developed by VGTU, tension reinforced lightweight concrete stress and strain diagrams were obtained, which were adapted to numerical modeling by software ATENA. Moment and curvature diagrams obtained by finite elements program were compared with experimental moment and curvature diagrams. Good agreement between both diagrams has been obtained.

Article in Lithuanian.

Armuotojo lengvojo betono lenkiamųjų elementų eksperimentiniai ir teoriniai tyrimai

Santrauka

Straipsnyje aprašytas naujai sukurtas konstrukcinis lengvasis betonas ir jo panaudojimas eksperimentinių armuotojo lengvojo betono sijų gamybai. Atlikti trumpalaike apkrova veikiamų plieniniais strypais armuotų lengvojo betono sijų eksperimentiniai tyrimai, kuriuose nagrinėtas sijų įtempių ir deformacijų būvis. Laboratorijoje išbandyti 8 lenkiamieji elementai, kurių armavimo procentai: 0,309 %, 0,557 %, 0,895 % ir 1,255 %. Tyrimų metu matuotos vidutinės elemento deformacijos grynojo lenkimo zonoje 4 skirtinguose lygmenyse bei sijų poslinkiai ties atramomis, jėgos pridėjimo vietose ir viduriniame pjūvyje (iš viso 12 matavimo taškų). Bandymo metu grynojo lenkimo zonos deformacijos bei pleišėjimas papildomai stebėti greitaeige vaizdo kamera. Gauti rezultatai panaudoti sudarant eksperimentines lenkimo momentų ir kreivių diagramas, kurios palygintos su teoriškai apskaičiuotomis taikant Lietuvoje galiojančių LST EN ir STR projektavimo normų metodikas. Taikant VGTU sukurtą atvirkštinio uždavinio algoritmą, gautos tempiamo armuotojo lengvojo betono įtempių ir deformacijų diagramos, kurios pritaikytos atliekant skaitinį modeliavimą baigtinių elementų programa ATENA. Gautos momentų ir kreivių diagramos baigtinių elementų programa palygintos su eksperimentų metu gautomis momentų ir kreivių diagramomis. Gautas geras šių diagramų sutapimas.

Reikšminiai žodžiai: lengvasis betonas, armuotojo betono sijos, skaitinis modeliavimas, įtempiai ir deformacijos, kreiviai, eksperimentiniai tyrimai.

Keyword : lightweight concrete, reinforced concrete beams, numerical analysis, stress and strain, curvature, experimental research