Moment–curvature analysis of concrete beams reinforced with steel bars and fibres
Disertacijos gynimo komisijos pirmininkas / Dissertation Defence Board Chairman | |
Disertacijos gynimo komisijos narys / Dissertation Defense Board Member | |
Disertacijos gynimo komisijos narys / Dissertation Defense Board Member | |
Disertacijos gynimo komisijos narys / Dissertation Defense Board Member | |
Ribakov, Yuri | Disertacijos gynimo komisijos narys / Dissertation Defense Board Member |
Šioje disertacijoje nagrinėjamas plieno strypais ir plaušais armuotų betoninių (A/PPAB) sijų supaprastinto analitinio kreivių modelio kūrimas. Esami analitiniai ir norminiai metodai dažnai paremti liekamojo tempiamojo stiprio parametrais ir supaprastintomis prielaidomis, todėl deformacijų prognozės gali būti netikslios. Dėl šios priežasties darbo tikslas – sukurti analitinį modelį, leidžiantį tiksliai prognozuoti A/PPAB elementų momento ir kreivio priklausomybę, tiesiogiai nenaudojant liekamojo tempiamojo stiprio bandymų rezultatų. Pirmajame skyriuje analizuojami deformacijų ir pleišėjimo mechanizmai A/PPAB sijose su armatūra ir be jos, veikiamose lenkimo. Apžvelgiami įvairūs šių elementų tinkamumo naudoti būsenos vertinimo metodai, ypatingą dėmesį skiriant kreivio analizei. Aptariami esami kreivio modeliai ir jų teoriniai pagrindai, taip pat pateikiama anksčiau pasiūlytų kreivio formuluočių, skirtų deformacijų ir pleišėjimo elgsenai aprašyti, apžvalga. Antrajame skyriuje pateikiamas patobulintas A/PPAB elementų momento ir kreivio analitinis modelis, išplėtojant Kaklausko ir kt. (2024) pasiūlytą metodiką. Siūlomame modelyje plaušų įtaka įvertinama tiek pleišėjimo, tiek visiškai supleišėjusios būsenos stadijose, įvedant du parametrus – γ₁ ir γ₂. Be to, ACI pagrindu suformuluotas pleišėjimo momento modelis pakeistas Eurokodo 2 metodika, siekiant užtikrinti geresnį suderinamumą su Europos projektavimo standartais. Remiantis eksperimentine duomenų baze sudarytos regresinės šių parametrų išraiškos ir atliktas jų validavimas lyginant su esamais analitiniais bei norminiais modeliais, įskaitant Model Code 2020 ir RILEM 162 TDF. Siūlomas modelis pasižymėjo didesniu prognozavimo tikslumu – vidutinė paklaida sudarė apie 1,5 %, o variacijos koeficientas siekė 0,228. Trečiajame skyriuje pateikiami eksperimentinio ir analitinio tyrimo rezultatai, nagrinėjant R/SFRC sijas, armuotas įprastais ir dvigubai inkaruotais plieniniais plaušais. Sukurtas modelis sėkmingai aprašė tirtų elementų tempiamojo standumo efektą. Nustatyta, kad sijos, armuotos dvigubai inkaruotais plaušais, pasižymėjo reikšmingai didesnėmis γ₂ parametro reikšmėmis, rodančiomis efektyvesnę pleišėjimo elgseną, didesnį tempiamojo standumo poveikį ir aukštesnius tinkamumo naudoti rodiklius. Palyginimas parodė, kad Model Code 2020 tiksliau prognozuoja momento ir kreivio priklausomybę nei RILEM 162 TDF, o taikant norminius metodus dažnai pervertinamas standumas, ypač esant mažesniems armavimo rodikliams.
This dissertation presents a simplified curvature-based analytical framework for predicting the cracking behaviour of reinforced and steel fibre-reinforced concrete (R/SFRC) beams subjected to flexural loading. Existing analytical and code-based approaches rely on experimentally determined residual tensile-strength parameters and simplified constitutive assumptions, resulting in inconsistent deformation predictions. Therefore, this research develops an analytical model to predict the moment–curvature response of R/SFRC members without direct dependence on residual tensile strength testing. The First Chapter examines the mechanisms governing deformation and cracking in R/SFRC beams with and without steel bars subjected to bending. Various analytical approaches for evaluating serviceability performance are reviewed, with particular emphasis on curvature-based analysis as a fundamental parameter for describing structural response. Existing curvature models and the theoretical backgrounds are critically discussed, followed by a survey of previously proposed curvature formulations for deformation and cracking assessment. The Second Chapter presents the development of an enhanced analytical moment–curvature model for R/SFRC members by extending the formulation proposed by Kaklauskas et al. (2024). The proposed model incorporates fibre contribution at both cracking and fully cracked stages through two parameters, γ₁ and γ₂. In addition, the ACI-based cracking moment formulation was replaced with a Eurocode 2 approach to improve compatibility with European design standards. Regression-based expressions for these parameters were established using an extensive experimental database and validated against existing analytical models and code-based formulations, including Model Code 2020 and RILEM 162 TDF. The proposed model demonstrated improved predictive accuracy, achieving an overall prediction error of approximately 1.5% with a coefficient of variation of 0.228. The Third Chapter presents an experimental and analytical investigation of R/SFRC beams reinforced with conventional and dual hooked-end steel fibres. The proposed framework successfully described the tension stiffening behaviour of the tested members. Beams reinforced with dual hooked-end fibres exhibited significantly higher γ₂ values, indicating enhanced post-cracking behaviour, extended tension-stiffening response, and improved serviceability performance. Comparisons with standard code-based formulations showed that Model Code 2020 generally provided more accurate moment–curvature predictions than RILEM 162 TDF, while code-based approaches tended to overestimate stiffness, particularly for beams with lower reinforcement ratios.