Structural Behavior of Passively Reinforced Ultra-High Performance Concrete (UHPC) Beams. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF AdekunleSK_Dissertation_June2017.pdf Download (8MB) | Preview

Arabic Abstract

الخرسانة فائقة الأداء (UHPC) تمتلك بنية مجهرية أكثر كثافة من الخرسانة العادية والخرسانة عالية المقاومة حيث أن مقاومة تلك الخرسانة في الضغط في حدود (150 – 200 MPa) ومقاومة الشد تتجاوز 15 MPa. هذه الدراسة تهدف إلى فهم إكثر لسلوك الخرسانة فائقة الأداء مع وجود حديد تسليح خامل تحت تأثير قوى الإنحناء وبالتالي تصميم المنشئات الخرسانية بأكثر أمان وبكلفة أقل مع إعتبار الديمومة لتلك المنشئات. أيضاً هذه الدراسة تتضمن الخصائص الميكانيكية والإنشائية للجسور ذات الأحجام المختلفة والمصنوعة من تلك الخرسانة فائقة الأداء. نتائج الإختبارات المعملية تم تحليلها ونمذجتها بإستخدام الأدوات الهندسية والإحصائية المتوفرة، حيث وجد أن الحديد عالي المقاومة (fy ≥ 1000 MPa) أكثر ملائمة للجسور المصنوعة من الخرسانة فائقة الأداء والمعرضة لقوى الإنحناء مقارنة بالحديد العادي. بالإضافة إلى ذلك، سلوك الجسور المصنوعة من الخرسانة فائقة الأداء مع الحديد الخامل تمت دراستها ووجد أنها أكثر ليونة حتى ولو تم استخدام نسب حديد كبيرة. أيضا وجد أن مقاومة العزوم لتلك الجسور الخرسانية كبيرة مقارنة بتلك الجسور المصنوعة من الخرسانة العادية إلى المتوسطة. كما وجد أن تلك الجسور تحتاج مقاطع أصغر بأربع مرات من تلك المطلوبة للخرسانة العادية لنفس مقاومة العزم.

English Abstract

Ultra-high performance concretes (UHPC), having a much denser microstructure than the conventional normal strength and high strength concretes, with compressive strength above 150 MPa, tensile strength exceeding 15 MPa, modulus of elasticity above 45 GPa, and high ductility. This study aimed first to conduct mechanical characterization of selected UHPC mixtures made with local materials and secondly to study the structural response of passively reinforced UHPC beams leading towards formulation of guidelines for the design of safe, economical and sustainable civil infrastructure. In the present study, an experimental program was carefully planned and executed to generate data required for detailed mechanical characterization of selected UHPC mixtures and to study the structural behavior of passively reinforced UHPC beams of various sizes. The study of the flexural response of passively reinforced UHPC beams was carried out utilizing twelve UHPC beams incorporating high strength steel bars (with fy = 1400 MPa) as passive reinforcements and fabricated with two different UHPC mixtures, namely, UMS and UMSN. The UHPC mixture UMS had cement content of 900 kg/m^3, while UMSN had 30 % of cement in UMS replaced by natural zeolite, resulting in cement content of 630 kg/m^3. The experimental matrix included SB-Series beams having cross-section size of 150 × 225 mm, a/d = 3.25, and ρ levels of 1.2, 1.8, 2.4, and 3.1 %; and four DB-Series beams having cross-section size of 150 × 300 mm, a/d = 2.43, and ρ levels of 0.9, 1.3, 1.8, and 2.2 %. It was found in this study that high strength steel bars (fy ≥ 1000 MPa) are the appropriate choice of passive reinforcement for efficient flexural action of UHPC beams, rather than conventional high yield bars. As ρ increased, the failure modes of SB-Series beams changed from flexural tension-controlled to compression-controlled modes accompanied by shear and bearing damages, while the failure modes of DB-Series beams changed from flexural tension-controlled to shear failures which were preceded by extensive network of inclined shear cracks. The UHPC beams studied exhibited highly ductile responses, offering sufficient visible warnings of impending failure, even at high passive reinforcement ratios in which their failures were compression-controlled. Based on the experimental data, a semi-mechanistic model is proposed to predict the flexural capacity of passively reinforced UHPC beams, with a fair degree of accuracy.

Item Type:	Thesis (PhD)
Subjects:	Construction Civil Engineering > Structural Engineering Engineering Research > Engineering
Department:	College of Design and Built Environment > Civil and Environmental Engineering
Committee Advisor:	Ahmad, Shamsad
Committee Co-Advisor:	Al-Gahtani, Husain Jubran
Committee Members:	Rahman, Muhammad K. and Maslehuddin, Mohammed and Al-Dulaijan, Salah U.
Depositing User:	ADEKUNLE SAHEED KOLAWOLE (g200903950)
Date Deposited:	18 Jul 2017 11:01
Last Modified:	31 Dec 2020 09:02
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140379